CN106368783A - 全频段大消声量汽车nvh实验用绝对消声器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全频段大消声量汽车NVH实验用绝对消声器，属于消声降噪技术领域。该消声器通过硅胶管和卡箍连接到发动机排气系统的尾管口，最大限度的消除排气噪声，在此基础上起到评价新设计排气系统消声效果的作用，进而评价新设计排气系统在整车噪声中的贡献。

Description

全频段大消声量汽车NVH实验用绝对消声器

技术领域

本发明涉及消声降噪技术领域，特别是涉及一种全频段大消声量汽车NVH实验用绝对消声器。

背景技术

发动机排气系统噪声是汽车的主要声源之一，发动机排气系统的开发过程需要充分考虑其消声能力，通常是在排气系统中加入消声装置，并以传递损失、插入损失等来评价其消声能力，但这种评价方法难以判断排气系统在整车噪声中的贡献量，特别是难以评价排气噪声在某一频段对驾驶室内噪声的贡献。发动机排气系统的开发过程也迫切需要评价在装车状态下不同方案排气系统的消声效果。

消声器的消声效果取决于消声器的内部结构、容积及其与发动机的匹配性，消声器的设计中经常采用穿孔管或穿孔板与一定容积的腔体形成共振腔消声结构，其消声的中心频率如式1所示。

$f=\frac{c}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{{\mathrm{nS}}_i}{(t_0+0.8d)V}}---\left(1\right)$

式中：c-声速；

n-小孔数量；

S_i-单个小孔面积；

t₀-穿孔板厚度；

d-小孔直径；

V-共振腔内体积。

声学上的四分之一波长管结构是一种基本消声结构，其消声中心频率如式2所示，可以看出选取合适的波长管长度可以消除较低频噪声。

$f=\frac{(2n-1)c}{4L}---\left(2\right)$

式中，c-声速；

L-波长管的长度，即进气管5较小管径部分插入较大管径部分的长度；

n-正整数。

现有技术是在排气系统的末端额外接入大型消声装置，这一类消声装置主要有以下一个或多个缺点：

1)难以大幅地消除低频的阶次噪声；

2)难以有效的消除高速气流噪声；

3)全频段消声量不足，难以排除排气系统对整车的噪声贡献；

4)结构过于复杂引起排气阻力过高，进而损失发动机功率；

5)消声装置过大，难以在路试时使用，实用性不强。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种全频段大消声量汽车NVH实验用绝对消声器，解决了现有技术对低频的阶次噪声和高速气流噪声消声效果差、排气阻力大、实用性不强的缺点，在20Hz～6400Hz全频段内消声量达到22dB以上，能够有效评判排气系统的实际消声效果，排气阻力小，外形尺寸较小的消声器。

本发明所采用的技术方案是：

一种消声器，其特征在于包括外筒和内筒，外筒与内筒的两端分别扣盖有前端盖和后端盖；

在外筒、内筒、前端盖和后端盖形成的腔内填充有吸声材料，外筒和内筒同轴且外筒内径较内筒内径大8～10mm；

位于前端盖和后端盖之间的内筒的内腔内从前向后依次布置有第一隔板、第二隔板、第三隔板、第四隔板、第五隔板，它们将内筒的内腔依次分隔成第一腔、第二腔、第三腔、第四腔、第五腔和第六腔；第二腔和第六腔内均填充有吸声材料；所述各腔的总容积要保证110L以上；

该消声器还包括进气管、中间管、U型管、出气管；其中中间管、U型管和出气管的管径相同，且其三者的管径大于进气管较小管径部分的的管径；其中进气管、中间管和出气管在内筒腔内两两相互平行呈三角分布。

其中进气管由两段管径不同的管道组成，较小管径的管道在前，较大管径的管道在后，较小管径的管道同轴内插在较大管径的管道内，且在两管相交的截面由端盖密封，相交截面位于第二腔内，较小管径的管道插入较大管径的长度大于较大管径长度的四分之三且不大于较大管径的管道长度；进气管从前向后依次穿过前端盖、第一隔板、第二隔板、第三隔板、第四隔板进入第五腔内，较大管径末端在第五腔内设置有进气管括口；进气管在第五腔内的长度为第五腔长度的一半；

其中中间管从第三腔开始从前向后依次穿过第三隔板、第四隔板进入进入第五腔内，中间管末端在第五腔内设置有中间管扩口；中间管在第五腔内的长度为第五腔长度的四分之一；

出气管从第三腔开始从前向后依次穿过第三隔板、第四隔板、第五隔板、后端盖；

上述中中间管和出气管在第二腔和第三腔内通过所述U型管过渡连接；

第一隔板和第二隔板上均匀分布有穿孔率为18％～22％的第四通孔，第四隔板上均匀分布有穿孔率为8％～12％的第四通孔，第五隔板上均匀分布有穿孔率为8％～12％的第五通孔；在内筒上均匀分布有穿孔率为15％～25％的第一通孔，进气管在第一腔内的管壁上均匀分布有穿孔率为1.9％～2.1％的第二通孔，在第二腔内的管壁上均匀分布有穿孔率为23％～27％的第三通孔,中间管和出气管均在第三腔和第四腔内的管壁上均匀分布有穿孔率为13％～17％的第三通孔，出气管还在第六腔内的管壁上均匀分布有穿孔率为10％～25％的第三通孔；

所述第一通孔为的孔；所述第二通孔为的孔；所述第三通孔为的孔；所述第四通孔为的孔；所述第五通孔是的孔；所述各孔径单位均为mm。

在上述消声器中，所述隔板将内筒内腔分隔成起到共振腔作用的第一腔、第三腔、第四腔，起到扩张腔作用的第五腔，起到吸声作用的第二腔、第六腔。

在内筒上均匀分布有多个第一通孔，在内、外筒及前、后端盖形成的腔内填充有吸声材料是为了降低消声器本体对外的辐射噪声。

进气管由两段管径不同的管道组成，这样设置的目的是为了形成声学上的四分之一波长管结构消除低频噪声。中间管、U型管和出气管的管径相同，且其三者的管径大于进气管较小管径部门的管径，中间管和出气管通过U型管连接，这样设置的目的是为了充分利用腔体同时降低排气阻力。进气管、中间管和出气管在内筒腔内两两相互平行呈三角分布，这样设置的目的是让内部气流平顺通过，防止内部紊流产生气流再生噪声。进气管、中间管在第五腔均设置有扩口，目的一方面是为了降低气流再生噪声的产生，另一方面是为了便于填充有吸声材料的第六腔对高频噪声的吸收。

进气管穿过第一腔且在管壁上分布有第二通孔，穿过第二腔且在管壁上分布有第三通孔，穿过第三、四腔终止于第五腔。中间管自第五腔穿过第四、三腔，并在管壁上均有分布有第三通孔。出气管穿过第三、四、五和六腔，并在第三、四和六腔内的管壁上均匀分布有第三通孔。第一隔板和第二隔板上均匀分布有第四通孔，第四隔板上均匀分布有第四通孔，第五隔板上均匀分布有第五通孔，内筒2上均匀分布有第一通孔。上述通孔的设置，使得声波能穿过小孔在各腔内来回反射达到消声的目的，此外，声波通过小孔时，由于气体的黏滞性效应，还能吸收部分高频声能。上述隔板和前后端盖还设置有翻边和拔摸斜度。

本发明所提供的绝对消声器，排气主气流经进气管、第五腔、中间管、U型管、出气管排出到大气，部分气流从小孔流入和流出。声波经过第一腔低频阶次噪声被大幅消除，经过填充有吸声材料的第二腔高频气流再生噪声被吸收，经过四分之一波长管结构低频噪声被进一步消除，经过第五腔后，声波一方面被第四腔的共振消声结构消除中频噪声，被第六腔的吸声材料吸收高频的气流噪声，另一方面第五腔内二分之一和四分之一的管道插入长度消除了传递损失的通过频率；中间管和出气管上的第三通孔与第三、四腔形成共振腔，进一步消除中频噪声；另外，第二腔的吸声材料吸收来自于第一、三腔的中高频噪声，第六腔的吸声材料通过出气管上的第三通孔进一步吸收高频噪声。经实验测试该绝对消声器能对各个频段的噪声进行大量的消除，消声范围广，排气压力小，效果甚佳。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.该装置结构简单易于实现，排气阻力小、经济实用。与市场上同类消声降噪装置相比结构简化，且成本低廉，加工方便易于维护。

2.该装置对全频段消声效果甚佳，如图1为具体实施方案的测试结果，其传递损失在20～6400Hz的范围内消除噪声的有效值达到22dB，在20～1000Hz的范围内消除噪声的有效值达到36dB。

3.该装置对现有技术难以消除的低频阶次噪声和高速气流噪声有着优异的消声效果，第一腔的大容积和管壁上1.9％～2.1％的低穿孔率形成的共振腔结构能有效的消除低频阶次噪声，同轴形成的声学四分之一波长管结构能进一步消除低频噪声，而第二腔和第六腔内的吸声材料能十分有效的吸收高频气流噪声，经实车实验测试，该装置将低频阶次噪声和高频气流噪声均降至与环境噪声相当。

附图说明

图1为具体实施方案的传递损失实验测试结果；

图2为本发明绝对消声器的整体结构透视图；

图3为本发明绝对消声器的第三隔板的示意图；

图4为本发明绝对消声器的第四隔板的示意图；

图5为本发明绝对消声器的第五隔板的示意图；

附图标记对照：1外筒、2内筒、3前端盖、4后端盖、5同轴连成一体的进气管、6进气管连接处的端盖、7中间管、8U型管、9出气管、10第一隔板、11第二隔板、12第三隔板、13第四隔板、14第五隔板，15第一腔、16第二腔、17第三腔、18第四腔，19第五腔、20第六腔、21第一通孔、22第二通孔、23第三通孔、24第四通孔、25第五通孔、26进气管扩口、27中间管扩口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明:

如图2图3图4图5所示，一种消声器包括外筒1、内筒2、前端盖3、后端盖4、同轴连成一体的进气管5、中间管7、U型管8、出气管9、第一隔板10、第二隔板11、第三隔板12、第四隔板13、第五隔板14。在内筒2上均匀分布有多个第一通孔21，在外筒1、内筒2、前端盖3和后端盖4形成的腔内填充有吸声材料玻璃纤维棉。外筒1的两端分别扣盖有前端盖3和后端盖4。位于前端盖3和后端盖4之间的内筒2的内腔内依次排布有第一隔板10、第二隔板11、第三隔板12、第四隔板13、第五隔板14。进气管5由两段管径不同的管道组成，较小管径的管道插入较大管径的长度大于较大管径长度的四分之三且不大于较大管径的管道长度，且在两管相交的截面由端盖6密封，这种设置形成声学四分之一波长管结构消除低频噪声。同轴连成一体的进气管5穿过前端盖3、第一隔板10、第二隔板11、第三隔板12、第四隔板13。中间管7穿过第三隔板12、第四隔板13。出气管9穿过第三隔板12、第四隔板13、第五隔板14、后端盖4。进气管5、中间管7和出气管9在内筒2腔内两两相互平行呈三角分布是为了让内部气流平顺通过，防止内部紊流产生气流再生噪声，其中中间管7和出气管9 在第二腔16内通过等口径的U型管8过渡连接。进气管5在第五腔19内设置有扩口26，中间管7在第五腔19内设置有扩口27。沿进气管5的管壁上均匀排布有少数第二通孔22、多个第三通孔23。中间管7的管壁上在两段区域均匀排布有多个第三通孔23。沿出气管9的管壁上在不同区域均匀排布有多个第三通孔23。第一隔板10和第二隔板11上均匀分布有多个第四通孔24，第四隔板13上均匀分布有少数第四通孔24，第五隔板14上均匀分布有多个第五通孔25。第二腔内16内填充有玻璃纤维棉，第一腔15、第二腔16和第三腔17共同组成一个阻抗复合型消声结构，各腔依次主要消除低、高、中频噪声。第四腔18形成一个赫姆霍兹共振腔消除中频噪声。第五腔19和第六腔20共同组成阻抗复合型共振吸声结构，消除中高频噪声。

在本实例中，消声器的总长为1030mm，内筒2的内直径为380mm，壁厚为1.5mm，在内筒2上均匀排布有穿孔率为20％孔径为的第一通孔21；外筒1的内直径为400mm壁厚为1.5mm，前端盖3和第一隔板10之间的距离是102mm，第一隔板10和第二隔板11之间的距离是138mm，第二隔板11和第三隔板12之间的距离是340mm，第三隔板12和第四隔板13之间的距离是145mm，第四隔板13和第五隔板14之间的距离是205mm，所述各隔板的厚度均为3mm；

同轴连成一体的进气管5的较小管径的内径为60mm，长度为830mm，其在外端盖3外的长度为80mm，较大管径的内径是90mm，末端扩口内径是100mm，总长度是580mm，两管相交的截面处位于第二隔板11右侧10mm处，整体位置径向偏离内筒2中心轴线100mm，管壁厚度均为1.5mm；进气管5在第一腔15内105mm长度的管壁上均匀分布有穿孔率为2％孔径为的第二通孔22；进气管5还在第二腔16内110mm长度的管壁上均匀分布有穿孔率为25％孔径为的第三通孔23。

中间管7、U型管8和出气管9的内径均是70mm，管壁厚度均为1.5mm，中间管7和出气管9在第三腔17和第四腔18内的四个区域上均匀排布孔径为的第三通孔23，穿孔率均为15％，第三腔17内的穿孔区域长度为260mm，第四腔18内的穿孔区域长度为115mm，出气管9还在第六腔20内的管壁上均匀排布有穿孔率为15％孔径为的第三通孔23，穿孔区域长度为60mm。

所述中间管7的长度为541mm，在第五腔19内的插入长度为51mm，末端扩口直径是80mm，出气管9的长度为890mm，中间管7和出气管9平行设置，轴心线相距180mm，通过U型管8过渡连接，整体与进气管5径向相距130mm且成等腰三角形分布。

第一隔板10、第二隔板11、第四隔板18上均匀分布有孔径为的第四通孔24，穿孔个数依次是282、260和126，第五隔板19上均匀分布有孔径为的第五通孔25，穿孔个数是771。

为了提升消声器整体的强度，降低再生噪声，第一隔板10、第二隔板11、第三隔板12、第四隔板13、第五隔板14的边缘处均设置有翻边，各翻边的外侧和内筒2的内壁紧密贴合，取翻边的长度为12mm且有5～10度的拔摸斜度。

本实例中，消声器内筒2内腔总容积为115L，满足权利要求书中110L的下限要求，但同类复制时不设置上限要求，主要是考虑到工程实用工况下，本实例消声器容积已经较大，过多的增加容积并不能明显的改善消声效果且影响实用性。消声器在实际工况中处于不同温度情况下(即不同的声速范围内)，根据式1，为获得不同频段的消声效果，在壁厚和容积一定的情况下，调节管壁上的穿孔数目(即穿孔率)和孔径大小可以让消声中心频率落在目标带宽内，据此，设置第一腔内的进气管5管壁、中间管7、第三四腔内的出气管9管壁和第四隔板13上不同的穿孔率和孔径上下限范围，同时兼顾了加工上的可行性。内筒2、第二腔内的进气管5管壁、第一隔板10、第二隔板12、第四隔板14和第六腔内的出气管9管壁均是作为阻抗复合消声结构的护面层，其设置的穿孔率和孔径上下限范围保证了吸声材料得到充分利用，其中，考虑到直接面对气流冲击，为保护吸声材料，第五隔板14上的穿孔率和孔径范围较第一二隔板小，上述范围的设置同时兼顾了加工上的可行性。

本绝对消声器的长度较长，具有很大的扩张比和较大的长径比，利于噪声的消除，优选的隔板位置以及优选的穿孔分布能在各个频段消除噪声，特别是第一腔15形成的共振腔和进气管5形成的声学四分之一波长管结构共同作用，能十分有效的大幅消除低频的阶次噪声，第二腔16和第六腔20能充分吸收高频气流噪声。实验测试，其在20～6400Hz的范围内消除噪声的有效值达到22dB，在20～1000Hz的范围内消除噪声的有效值达到36dB，对低频阶次噪声和高速气流噪声均有很好的消声效果，在全频段大幅度地消除了排气系统的噪声，使得引出的噪声和环境噪声几乎等同，且排气阻力小，从而实现了有效评价新方案排气系统效果和评价新方案排气系统在整车噪声中的贡献的作用。

综上所述，本发明的内容并不局限于上述实施例中，本领域技术人员根据本发明内容对本发明的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种全频段大消声量汽车NVH实验用绝对消声器，其特征在于:

包括外筒(1)和内筒(2)，外筒(1)与内筒(2)的两端分别扣盖有前端盖(3)和后端盖(4)；

在外筒(1)、内筒(2)、前端盖(3)和后端盖(4)形成的腔内填充有吸声材料，外筒(1)和内筒(2)同轴且外筒(1)的半径相较于内筒(2)大8~10mm；

位于前端盖(3)和后端盖(4)之间的内筒(2)的内腔内从前向后依次布置有第一隔板(10)、第二隔板(11)、第三隔板(12)、第四隔板(13)、第五隔板(14)，它们将内筒(2)的内腔依次分隔成第一腔(15)、第二腔(16)、第三腔(17)、第四腔(18)、第五腔(19)和第六腔(20)；第二腔(16)和第六腔(20)内均填充有吸声材料；所述各腔的总容积根据工程经验要保证110L以上；

该消声器还包括进气管(5)、中间管(7)、U型管(8)、出气管(9)；其中中间管(7)、U型管(8)和出气管(9)的管径相同，且其三者的管径大于进气管(5)较小管径部分的管径；其中进气管(5)、中间管(7)和出气管(9)在内筒(2)腔内两两相互平行呈三角分布，使内部气流平顺通过，防止内部紊流产生气流再生噪声；

其中进气管(5)由两段管径不同的管道组成，较小管径的管道在前，较大管径的管道在后，较小管径的管道同轴内插在较大管径的管道内，且在两管相交的截面由端盖(6)密封，相交截面位于第二腔(16)内，较小管径的管道插入较大管径的长度大于较大管径长度的四分之三且不大于较大管径的管道长度，这种设置形成声学四分之一波长管消声单元消除低频噪声；进气管(5)从前向后依次穿过前端盖(3)、第一隔板(10)、第二隔板(11)、第三隔板(12)、第四隔板(13)进入第五腔(19)内，较大管径末端在第五腔(19)内设置有进气管括口(26)；包括末端扩口(26)在内的进气管(5)在第五腔内的长度为第五腔长度的一半；

其中中间管(7)从第三腔(17)开始从前向后依次穿过第三隔板(12)、第四隔板(13)进入进入第五腔(19)内，中间管(7)末端在第五腔(19)内设置有中间管扩口(27)；包括末端扩口(27)在内的中间管(7)在第五腔内的长度为第五腔长度的四分之一；

出气管(9)从第三腔(17)开始从前向后依次穿过第三隔板(12)、第四隔板(13)、第五隔板(14)、后端盖(4)；

上述中间管(7)和出气管(9)在第二腔(16)和第三腔(17)内通过U型管(8)过渡连接；

第一隔板(10)和第二隔板(11)上均匀分布有穿孔率为18%~22%的第四通孔(24)，第四隔板(13)上均匀分布有穿孔率为8%~12%的第四通孔(24)，第五隔板(14)上均匀分布有穿孔率为8%~12%的第五通孔(25)；在内筒(2)上均匀分布有穿孔率为15%~25%的第一通孔(21)，进气管(5)在第一腔内的管壁上均匀分布有穿孔率为1.9%~2.1%的第二通孔(22)，在第二腔内的管壁上均匀分布有穿孔率为23%~27%的第三通孔(23),中间管(7)和出气管(9)均在第三腔(17)和第四腔(18)内的管壁上均匀分布有穿孔率为13%~17%的第三通孔(23)，出气管(9)还在第六腔(20)内的管壁上均匀分布有穿孔率为10%~25%的第三通孔(23)；

所述第一通孔(21)为Ø7~ Ø10的孔；所述第二通孔(22)为Ø2~Ø3的孔；所述第三通孔(23)为Ø4~Ø6的孔；所述第四通孔(24)为Ø9~Ø11的孔；所述第五通孔(25)是Ø7~Ø9的孔；所述各孔径单位均为mm。

2.根据权利要求1所述的全频段大消声量汽车NVH实验用绝对消声器，其特征在于：

所述第一隔板(10)、第二隔板(11)、第三隔板(12、第四隔板(13)、第五隔板(14)均设置有翻边和拔模斜度。