CN107420156B - 滑动式主动噪声控制消声器及其控制方法 - Google Patents

滑动式主动噪声控制消声器及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了滑动式主动噪声控制消声器及其控制方法。一种降低车辆的排气噪声的滑动式主动噪声控制消声器可以包括：至少两个引导件，连接至消声器中容纳排出气体的壳体的内壁并在消声器的长度方向上形成为管状；以及挡板，放置成划分壳体的内部的平面形状并在平面形状上包括电磁体以根据由排出气体计算的频率通过起因于施加于电磁体的电流的移动信号控制挡板的间隔，其中，可以控制挡板的间隔并且通过根据频率控制波长个数来降低排气噪声。

Description

滑动式主动噪声控制消声器及其控制方法
相关申请的交叉引证
本申请要求于2016年5月23号提交的韩国专利申请第10-2016-0062634号的优先权，其全部内容通过引证结合于本文中以用于所有目的。
技术领域
本发明涉及一种滑动式主动噪声控制消声器及其控制方法，并且更具体地，涉及通过分析排出气体的频率降低噪声的装置及其控制方法。
背景技术
通常，使用作为用于降低由排出的空气的快速膨胀产生的排气噪声的装置的消声器，并且消声器安装到车辆的排气系统或工业机器上。消声器通常包括：具有中空部的主体、将主体的内部空间划分成多个空间并具有多个排气孔的分隔件、将排气系统中的排出气体引导至主体的流入管、以及排放主体中的排出气体的排放管。因此，排气系统的排出气体通过入口管输入并经由分隔件的多个排气孔通过排出管排放到外部。然而，由于多个排气孔的尺寸和布局固定，不能控制依赖于发动机的每分钟转速(RPM)的排出气体的流量。
在这方面，传统消声器包括连接在进气管与排出气体的端管之间的主体外壳并允许将主体的内部空间划分成多个单元的挡板中的一个随着排气压力的变化沿着主体外壳在向前和向后方向上移动。此外，至少一个可变挡板可滑动地安装在主体外壳中并用插入一个可变挡板与另一挡板之间的弹簧弹性支撑。根据这样的配置，公开了这样一种技术，即，当排气压力高时，可变挡板改变消声器的空间以主动解决高排气压力。
然而，在传统消声器中，移动固定挡板以便抵消噪声并根据排气压力进行移动，并且基本上与由排出气体产生噪声的原理无关。因此，当挡板仅通过压力移动时，排气噪声仍然存在。
在本发明的该背景部分中公开的信息仅用于增强对本发明的整体背景的理解并且不得被视为承认或任何形式地暗示该信息构成对于本领域技术人员而言已知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面旨在提供一种用于根本地降低在现有消声器中不能解决的排气噪声的装置。
另外，本发明的各个方面旨在提供一种通过具体分析引起排气噪声的原因来降低排气噪声的控制方法。
根据本发明的各个方面，一种降低车辆的排气噪声的滑动式主动噪声控制消声器可以包括：至少两个引导件，连接至消声器中的容纳排出气体的壳体的内壁并在消声器的纵向方向上形成为管状；以及挡板，设置成划分壳体的内部的平面形状并在平面形状上包括电磁体，以根据从排出气体计算的频率通过起因于施加于电磁体的电流的移动信号控制挡板的间隔，其中，可以通过根据频率控制波长个数来控制挡板的间隔并且降低排气噪声。
引导件在管状内部中可具有预定体积并且进一步包括填充在体积中的润滑液，并且当将移动信号输入到电磁体中时，润滑液可以释放到引导件的外部以减小挡板的水平移动的摩擦力。
可以通过考虑来自壳体的截面面积的传声损失(TL)计算频率。
壳体可以在其中包括流入孔管和流出孔管，并且可以由流入所述流入孔管中的排出气体的速度和绝对温度确定波长。
挡板可以控制当平面的外周连接至引导件以在引导件的纵向方向上水平地移动时所划分的间隔。
至少一个电磁体可以布置在挡板的顶部或底部的至少一个上并且电磁体的极性也能够根据移动信号而变化。
极性可以在排出气体的频率高于预定参考值时设为减小挡板的间隔并且在排出气体的频率低于预定参考值时设为增大挡板的间隔。
移动信号可以随着排出气体的频率变化而实时施加于电磁体。
根据本发明的各个方面，一种用于控制降低车辆的排气噪声的滑动式主动噪声控制消声器的方法可以包括：由电子控制单元(ECU)通过分析消声器的截面面积和流入消声器的排出气体的流量、速度、以及绝对温度，来确定排出气体的频率；由ECU通过将频率与预定参考值相比较而根据移动信号改变布置在挡板中的电磁体的极性；以及由ECU通过控制挡板的间隔降低排气噪声。
根据本发明的各种实施方式，通过分离的噪声降低设备减小成本，该设备仅通过分析排出气体的频带移动现有的挡板降低噪声。
通过实时测量排出气体的频率并使用电磁体控制挡板间隔主动减少排气噪声。
应当理解，本文中所使用的术语“车辆”或“用车辆运载的(vehicular)”或其他类似术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种船只和舰船的船舶；航天器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电混合动力车辆、氢动力车辆、和其他替代燃料车辆(例如，来源于除石油以外的资源的燃料)。如本文中提及，混合动力车辆是具有两种以上动力源的车辆，例如，汽油动力和电动车辆。
本发明的方法和装置可以具有其他的特征和优点，这些特征和优点从结合于本文中的附图以及以下的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在其中进行更详细陈述，这些附图和以下的具体实施方式共同用于解释本发明的某些原理。
附图说明
图1示出了根据本发明各种实施方式的滑动式主动噪声控制消声器。
图2是根据本发明各种实施方式的消声器的截面图。
图3示出了根据本发明的各种实施方式的计算传声损失(TL)的情况。
图4示出了根据本发明的各种实施方式对挡板的间隔加以控制的情况。
图5是用于控制根据本发明的各种实施方式的滑动式主动噪声控制消声器的方法的流程图。
应理解，附图无需按比例地绘制，而是呈现说明本发明基本原理的各种优选特征的一定程度上简化的表示。如在此公开的本发明的具体设计特征(例如，包括具体尺度、方位、位置、以及形状)将部分地由具体预期应用和使用环境确定。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的各个实施方式，实施方式的实例在附图中示出并且在下文中描述。尽管将结合示例性实施方式来描述本发明，但是应理解的是，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方式。相反，本发明旨在不仅涵盖示例性实施方式，而且还涵盖可包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代、改变、等价物和其他实施方式。
图1示出了根据本发明各种实施方式的滑动式主动噪声控制消声器1。参考图1，消声器1可以包括引导件305和挡板30作为主要部件。
至少两个引导件305连接至消声器1中的容纳排出气体的壳体10的内壁并在消声器1的纵向方向(longitudinal direction长度方向)上具有管状。当挡板30水平移动时，引导件305可以安装成穿透挡板30的外周以便提供移动的路径。当挡板30移动时，由于挡板30在引导件305的纵向方向上移动，引导件305可以垂直安装到挡板30的平面。
在一般的排气系统中使用消声器1的主要目的是减少能量并且具有该目的的大部分消声器用于吸收声能或者减少输入波长的强度，而在本发明的各种实施方式中，可以通过(例如，通过电子控制单元(ECU))控制挡板30的间隔实现消声器的这种效果，电子控制单元是本领域技术人员所知晓的，因此应省去对其的详细说明。
消声器1的操作采用的原理为：当压力波长以给定频率和给定振幅在预定方向上流动并且相同的波长在与第一波长相反的方向上流动时，两个波长相互碰撞(collide)，并且因此，两个波长的能量抵消并且振幅显著减小，并且同时进入消声器1的排出气体膨胀并被压缩，压力波长本身被再次反向发送，并且因此，两个波长相互碰撞，从而降低噪声水平。
引导件305安装成管状并在其中具有预定体积，并且可以进一步包括填充在体积中的润滑液3051。当感测到挡板30的移动信号时，润滑液3051可以用于在被释放到引导件305的外部时减小挡板30的水平移动的摩擦力。
挡板30放置成划分壳体10的内部的平面形状并且在平面上包括电磁体301，并且因此，可以根据由排出气体计算的频率，通过起因于施加于电磁体301的电流的移动信号控制挡板的间隔。挡板30可由板(即，平面形状的)构成并且可以沿纵向方向在消声器主体的内壁上滑动。
挡板30的平面的外周可以布置在消声器中的壳体10的内壁中，并且可以存在微小的间隔并且可以确定该间隔在用于实现可滑动结构的最小范围内。
在挡板30的情况下，平面的外周连接至引导件305以在引导件305的纵向方向上水平移动，从而控制划分间隔。挡板30的平面在其外周上可以包括定位螺栓并且优选地垂直地或水平地安装成对称结构，以便在壳体10的内壁上无干扰地平滑地移动，但本发明的各种实施方式不限于此。
挡板30可以耦接至如图1所示的壳体10的一个侧壁的顶部，但挡板30可具有其中挡板形成为在壳体10的壁上直接加工的结构。
图2是根据本发明各种实施方式的消声器1的截面图。参照图2，排出气体通过流入孔5011输入并通过流出孔5033输出，因此，排出气体可以在挡板30之间的空间中移动并且经过流入孔5011的排出气体的频率可能产生排气噪声。
排出气体可以通过流入孔管501进入消声器1主体。排出气体可以流入由邻近流入孔管501的挡板30隔开的内部中，并且此后可以扩散至邻近流出孔管503的挡板并释放至流出孔管503。输入到消声器1的流入孔5011中的排出气体可以穿过形成于挡板中的多个孔303而被排放至消声器1的流出孔5033。
图3示出了根据本发明的各种实施方式计算传声损失(TL)的情况。参照图3，示出壳体10的内部形状并且可根据1D能量守恒定律从壳体10的截面面积计算排出气体的频率。
[等式1]
A1+B1＝A2+B2…………………①
S1(A1-B1)＝S2(A2-B2)………②
A２e－kl+B2ekl＝A3…………………③
m(A2e-kl-B2ekl)＝A2………④
在如上给出的[等式1]中，A1表示流入孔5011的负压力，A2表示挡板30中的负压力，A3表示流出孔5033的负压力，B1表示在流入孔5011处的半波的负压力，B2表示在挡板30中半波的负压力，以及m表示S1和S2的膨胀比。
在以上等式中，当等式(1)至(4)合并时，可以如以下给出的[等式2]所示计算出值。
[等式2]
Figure BDA0001155055520000071
Figure BDA0001155055520000072
(其中，作为波数的k表示1m时的波长个数。)
在上述给出的[等式2]中，L表示挡板30的间隔，即，排出气体波长的位移。可以如在以下给出的[等式3]和[等式4]中示出的，从截面面积产生的负压力的比例测量传声损失(TL)。当计算传声损失(TL)时，可以在经由壳体10位移的频率测量排气噪声，并且因此，可以设想降低排气噪声的方法。
[等式3]
Figure BDA0001155055520000081
Figure BDA0001155055520000082
[等式4]
Figure BDA0001155055520000083
Figure BDA0001155055520000084
Figure BDA0001155055520000085
k＝0.9199
当流入孔管501的截面面积为S1时，壳体10主体的截面面积为S2，并且在本发明的各种实施方式中，设置S1＝2873mm2、S2＝11627mm2、m＝4.04、以及k＝0.9199，可以计算传声损失(TL)为2.1dB并且可以在75Hz计算为1.8dB。因此，为了捕捉相应频带，可以设置消声器1长度或挡板30间隔。
如上所述，壳体10中可以包括流入孔管501和流出孔管503并且可以由流入所述流入孔管501的排出气体的速度和绝对温度计算波长。此外，可以控制挡板30的间隔，并且可以通过根据频率控制波长个数降低排气噪声。
图4示出了根据本发明的各种实施方式对挡板30的间隔加以控制的情况。参照图1，挡板30可以包括位于其顶部或底部上的一个或多个电磁体301并且挡板30可以不由排出气体的压力而由如同相关技术的电磁体301驱动系统来驱动。
在电磁体301中，可以通过频率分析确定波数并且排出气体的驱动系统可以控制挡板30的间隔。电磁体301的极性可以根据移动信号而变化。安装在挡板30中的电磁体301的极性被设为(+)和(-)，并且因此，极性可被设为引起挡板30之间的吸引力或排斥力。
电磁体301的极性在排出气体的频率高于预定参考值时可设为减少挡板30的间隔，并且在排出气体的频率低于参考值时设为增大挡板30的间隔。在本发明的各种实施方式中，参考值被设为200Hz以将排出气体的频率与参考值相比较。当排出气体的频率大于参考值时，排出气体的频率可被归类为高频率，并且当排出气体的频率小于或等于参考值时，排出气体的频率可归类为低频率。然而，所要保护的并不限于此并且可以通过多个挡板30设置多个间隔，并且频率范围可以多样化。
通过将电流施加于电磁体301产生的移动信号可以随着排出气体的频率变化而实时施加于电磁体301。可以通过预定计算单元执行频率分析，可以将基于计算单元计算的成分而计算的移动信号输入到电磁体301或引导件305中，并且输入结构没有限制。
图5是根据本发明的各种实施方式的用于控制滑动式主动噪声控制消声器1的方法的流程图。参照图5，用于控制降低车辆的排气噪声的滑动式主动噪声控制消声器1的方法可以包括：通过分析消声器1的截面面积和流入消声器1的排出气体的流量、速度和绝对温度来计算排出气体的频率，通过将频率与预定参考值相比较，以根据移动信号改变安装在挡板30中的电磁体301的极性，以及通过控制挡板30的间隔降低排气噪声。
由于本领域技术人员参照在装置发明中公开的内容可以清楚地得出与控制方法相关的内容，因此在本方法发明中将省去对其的描述。
为便于所附权利要求中的说明和准确限定，参考图中显示的这些特征的位置使用术语“上部(upper)”或“下部(lower)”、“内部(inner)”或“外部(outer)”等来描述示例性实施方式的特征。
已经出于说明及描述的目的提供了本发明的具体示例性实施方式的上述描述。以上描述并非旨在是详尽的或者将本发明限于公开的精确形式，并且显而易见，根据上述教导，许多修改和变型是可能的。为了解释本发明的特定原理及其实际应用，选择并且描述了示例性实施方式，由此使得本领域技术人员能够做出并且利用本发明的各种示例性实施方式以及其各种替换和修改。本发明的范围旨在由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (8)

1.一种降低车辆的排气噪声的滑动式主动噪声控制消声器，所述滑动式主动噪声控制消声器包括：
至少两个引导件，连接至所述消声器中的容纳排出气体的壳体的内壁并在所述滑动式主动噪声控制消声器的长度方向上形成为管状；以及
挡板，被设置成划分所述壳体的内部的平面形状并在所述挡板的平面上包括电磁体以根据从所述排出气体确定的频率通过移动信号控制所述挡板的间隔，所述移动信号起因于施加于所述电磁体的电流，
其中，控制所述挡板的间隔并且通过根据所述频率控制波长个数来降低所述排气噪声，
其中，所述至少两个引导件被安装成穿透所述挡板的外周以便提供所述挡板移动的路径，
其中，通过考虑得自所述壳体的截面面积和波数的传声损失（TL）确定所述频率。
2.根据权利要求1所述的滑动式主动噪声控制消声器，其中，
所述引导件在管状内部中具有预定体积并且进一步具有填充在所述预定体积中的润滑液；并且
当将所述移动信号输入到所述电磁体中时，所述润滑液被释放到所述引导件的外部以减小所述挡板的水平移动的摩擦力。
3.根据权利要求1所述的滑动式主动噪声控制消声器，其中
所述壳体中包括流入孔管和流出孔管；并且
由流入所述流入孔管中的排出气体的速度和绝对温度确定所述波长。
4.根据权利要求1所述的滑动式主动噪声控制消声器，其中，所述挡板对所述挡板的外周连接至所述引导件以在所述引导件的长度方向上水平地移动时所划分的间隔进行控制。
5.根据权利要求1所述的滑动式主动噪声控制消声器，其中，至少一个电磁体布置在所述挡板的顶部或底部的至少一个上并且所述电磁体的极性被构造为根据所述移动信号而变化。
6.根据权利要求5所述的滑动式主动噪声控制消声器，其中，所述极性在所述排出气体的频率高于预定参考值时设为减小所述挡板的间隔，并且在所述排出气体的频率低于所述预定参考值时设为增大所述挡板的间隔。
7.根据权利要求1所述的滑动式主动噪声控制消声器，其中，所述移动信号随着所述排出气体的频率变化而实时施加于所述电磁体。
8.一种用于控制降低车辆的排气噪声的滑动式主动噪声控制消声器的方法，所述方法包括：
由控制器通过分析所述滑动式主动噪声控制消声器的壳体的截面面积和流入所述滑动式主动噪声控制消声器的所述壳体的排出气体的流量、速度以及绝对温度，确定所述排出气体的频率；
由所述控制器通过将所述频率与预定参考值相比较，根据移动信号改变布置在挡板中的电磁体的极性，其中，所述挡板放置成划分所述壳体的内部的平面形状，
其中，所述电磁体的极性被设定为在排出气体的频率高于预定参考值时减少所述挡板的间隔，并且被设定为在排出气体的频率低于所述预定参考值时增大所述挡板的间隔，以及
由所述控制器通过控制所述挡板的间隔降低所述排气噪声，
其中，通过考虑得自所述壳体的截面面积和波数的传声损失（TL）确定所述频率。
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