CN108049951A - 汽车排气管和汽车 - Google Patents

Abstract

一种汽车排气管和汽车，该汽车排气管包括一管体和设置在所述管体上的颗粒捕集器和波纹管，还包括固定在所述颗粒捕集器的出气端和所述波纹管之间的吸振器，所述吸振器设置在竖直方向上。本实施例在颗粒捕集器(DPF)和波纹管之间安装一Z轴方向的吸振器，大大降低了汽车排气管与发动机的共振位移量，降低整车噪声水平。

Description

汽车排气管和汽车

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种汽车排气管和汽车。

背景技术

汽车已是人们最常见的代步工具，而汽车排气管为整车的重要组成部分。随着整个国内国际范围对汽车排放限值的提高，汽车排气管逐渐增加相应的后处理系统，这对汽车排气管，尤其是乘用车排气管的NVH性能，提出了更高的挑战。

汽车排气管与发动机总成连接，发动机工作时，发动机与汽车排气管之间产生共振，致使该汽车排气管振动，并伴随着共振噪声，不仅影响汽车排气管的寿命且增大了整车的噪声，用户体验差。

发明内容

鉴于上述状况，有必要提供一种减小汽车排气管与发动机总成的共振噪声的汽车排气管和汽车。

一种汽车排气管，包括一管体和设置在所述管体上的颗粒捕集器和波纹管，还包括固定在所述颗粒捕集器的出气端和所述波纹管之间的吸振器，所述吸振器设置在竖直方向上。

吸振器的安装位置、安装方向对解决汽车排气管的共振噪声的问题有很大影响。只有将吸振器安装在合适的位置和方向上，才能有效解决汽车排气管的噪声问题。经过模态分析和实际试验采集数据可知，发动机工作时，颗粒捕集器(DPF)和波纹管之间产生的共振幅度为最大。且经过噪声测试可知吸振器的安装方向为Z轴方向(竖直方向)时，噪声改善最优。本实施例在颗粒捕集器(DPF)和波纹管之间安装一Z轴方向的吸振器，大大降低了汽车排气管与发动机的共振噪声，降低整车噪声水平。

上述汽车排气管，其中，所述吸振器的固有频率为85～100Hz。

上述汽车排气管，其中，所述吸振器的固有频率为85、90、100Hz中的任意一种。

上述汽车排气管，其中，所述吸振器通过一安装支架与所述管体连接，安装支架包括垂直连接的连接部和固定部，所述连接部与所述管体固定连接，所述固定部沿着竖直方向延伸，所述吸振器固定于所述固定部上。

上述汽车排气管，其中，所述吸振器包括一钢管骨架，所述钢管骨架的中部开设一通孔，所述通孔内固设一橡胶管，所述橡胶管中间开设一与所述固定部适配的固定孔，所述吸振器的固定孔穿射于所述固定部上，并通过螺母进行固定。

上述汽车排气管，其中，所述橡胶管的两端分别凸出于所述钢管骨架的两端，并形成一与螺母尺寸适配的延伸部。

上述汽车排气管，其中，所述固定部靠近所述连接部的位置周向固设一凸台，所述凸台与所述固定部一体成型。

上述汽车排气管，其中，所述吸振器通过一连接杆与所述管体连接，所述连接杆的一端固定于所述管体上，且所述连接杆沿着竖直方向延伸，所述吸振器固定于所述连接杆上。

本发明还提供了一种汽车，包括上述汽车排气管。

附图说明

图1为本发明第一实施例中的汽车排气管的结构示意图；

图2为本发明第一实施例中的安装支架的结构示意图；

图3为本发明第一实施例中的吸振器的截面示意图；

图4a为使用不同固有频率和不同安装方向的吸振器的情形下，汽车排气管的2阶噪声水平与发动机转速的关系曲线图，其中横坐标为发动机转速，纵坐标为2阶噪声水平，曲线L1为基线；曲线L2对应安装在X轴方向、固有频率为90Hz的吸振器；曲线L3对应安装在Z轴方向、固有频率为80Hz的吸振器；曲线L4对应安装在Z轴方向、固有频率为85Hz的吸振器；曲线L5对应安装在Z轴方向、固有频率为90Hz的吸振器；L6对应安装在Z轴方向、固有频率为100Hz的吸振器；

图4b为Z轴方向，使用不同固有频率情形下，安装支架的振动加速度与发动机转速的关系曲线图，图4c为Z轴方向，使用不同固有频率的吸振器的情形下，安装支架的振动位移与发动机转速的关系曲线图，其中曲线M1、M2、M3和M4分别代表基线、85Hz吸振器、90Hz吸振器和100Hz吸振器；

图5为本发明第二实施例中的汽车排气管的结构示意图。

主要元件符号说明

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供该实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，为本发明第一实施例中的汽车排气管，包括一管体10，依序设置在该管体10上的DOC催化器(氧化型催化器)20、颗粒捕集器(DPF)30和波纹管40，以及设置在该颗粒捕集器30和波纹管40之间的吸振器(damper)50，所述吸振器50沿着竖直方向设置。本实施例中提到的竖直方向，即是汽车排气管安装于汽车上时，垂直于地面的方向，也即是汽车的Z轴方向。当汽车排气管安装于汽车上时，吸振器50的振动方向平行于汽车的Z轴方向。

其中，DOC催化器20用于对管体10内的污染气体CO进行催化，以生成CO₂进行排放减小空气污染。颗粒捕集器30用于对尾气进行排放处理，以达到排放标准。

汽车排气管的热端与发动机总成连接，发动机工作时，汽车排气管的热端与发动机产生共振幅度大于较其他部位。因此本实施例中吸振器50的设置在汽车排气管的热端。通过模态分析，可确定DPF 30出气端与波纹管40间为模态振型幅值最大处，因此将吸振器50设置在该位置可起到最佳的减震效果。

进一步的，该吸振器50通过一安装支架60与管体10连接，如图2所示，安装支架60大致呈L型，包括相连接的连接部61和固定部62，该连接部61与固定部62均为一杆状结构。连接部61的一端焊接在管体10上，另一端与固定部62的一端部垂直连接，该固定部62沿着竖直方向延伸。该固定部62靠近连接部61的位置周向固设一凸台63，以限制吸振器的移动。所述凸台63与所述固定部一体成型。

如图3所示，该吸振器50为圆柱形，包括一钢管骨架51，钢管骨架51的中部设有一通孔，该通孔内固设一橡胶管52。该橡胶管52中间设有一与固定部62适配的固定孔53，吸振器50的固定孔53穿射于固定部62上，并通过螺母进行固定。该橡胶管52的材质采用采用具有一定硬度的EPDM(三元乙丙橡胶)。该吸振器50的形状还可以为方形，此处不予限定。由于安装支架60的固定部62平行于竖直方向，吸振器50固定在安装支架60上时，其振动方向为竖直方向，即汽车的Z轴方向。

进一步的，橡胶管52的两端分别凸出于钢管骨架51的两端，并形成一与螺母尺寸适配的延伸部54，以便于固定螺母。安装该吸振器50时，将吸振器50的固定孔53穿设在固定部62上，然后用螺母进行固定。

汽车发动机转速在2400～2750rpm区间整车轰鸣严重，诊断分析为汽车排气管热端存在86Hz左右的模态(热态)频率，当发动机转速扫过该转速区间时排气热端共振并通过颗粒捕集器30的固定支架传至传动系统，并激励其振动，传递至车身引起车内轰鸣。根据发动机转速区间可计算出发动机的对应固有频率在85～92Hz之间，平均为86Hz，而汽车排气管的固有频率在86Hz左右，因此当发动机转速在2400～2750rpm区间时产生较大的共振噪声。

鉴于此，选取固有频率为85～100Hz的吸振器。当发动机的固有频率与排气管的固有频率达到耦合并产生共振时可通过吸振器产生相反的振动方向的振动来抵消，从而降低发动机和汽车排气管共振水平和传递到车内的结构噪声。

吸振器50的固有频率与吸振器50的质量有关，根据固有频率的计算公式，可知吸振器50的质量为800～830g。

经分析，发动机与汽车排气管的共振方向大致分为X轴方向和Z轴方向，其中X轴方向为与管体10的长度方向平行，而Z轴方向为竖直方向。当吸振器安装在X轴方向，即吸振器的长度方向平行于水平向时，其减震效果不明显；当将吸振器设置在Z轴方向时，能达到良好的减震效果。

本实施例中，吸振器50设置在Z轴方向上，当发动机固有频率和排气前管固有频率达到耦合并产生Z方向的共振时，汽车排气管上的吸振器被激励起来产生相反方向的振动来抵消共振，即利用此共振系统来衰减发动机和排气系统的共振能量，从而降低发动机和排气系统共振水平和传递到车内的结构噪声。

为了验证吸振器的安装方向和固有频率对噪声的影响，选取不同固有频率的吸振器，分别在X轴方向和Z轴方向上进汽车排气管噪声测试。

当发动机的转数加速至2560rpm附近时，主观感受到汽车排气管噪声突然变大；在X轴方向上安装固有频率为90Hz的吸振器后，噪声改变不明显；在Z轴方向安装固有频率为80Hz的吸振器后，噪声改变也不明显；当在Z轴方向安装固有频率为85、90、100Hz的吸振器后，主观感受到噪声改善明显。

数据显示如图4a～4c所示：

(1)数据显示分别安装X轴方向、固有频率为90Hz的吸振器和Z轴方向固有频率80Hz的吸振器，汽车排气管噪声状态与Baseline基本相当；

(2)数据显示安装Z轴方向固有频率分别为85、90、100Hz的吸振器时，汽车排气管的2阶噪声水平在2560rpm附近优化3～4dB；

(3)吸振器的振动位移峰值由2150和2560rpm移至1600rpm左右，且幅值变小，即发动机转数在2560rpm附近时吸振器的振动明显变小。

吸振器的安装位置、安装方向对解决汽车排气管的共振噪声的问题有很大影响。只有将吸振器安装在合适的位置和方向上，才能有效解决汽车排气管的噪声问题。经过模态分析可知，发动机工作时，颗粒捕集器(DPF)和波纹管之间产生的共振幅度为最大。且经过噪声测试可知吸振器的安装方向为Z轴方向时，噪声改善最优。本实施例在颗粒捕集器(DPF)和波纹管之间安装一Z轴方向的吸振器，大大降低了汽车排气管与发动机的共振噪声，降低整车噪声水平。

请参阅图5为本发明第二实施例中的汽车排气管，其与第一实施例中的汽车排气管的结构基本相同，不同之处在于，吸振器50通过一连接杆70与管体10连接，连接杆70的一端固定于管体10上，吸振器固定于连接杆上。连接杆沿着竖直方向设置，即连接杆的长度方向与汽车的Z轴方向平行。连接杆的下端设有一环形凸台用于限制吸振器的移动。其吸振器的结构与第一实施例中的结构相同，均通过螺母进行固定，此处不予赘述。本实施例中仅通过一个连接杆将吸振器固定在管体上，简化了吸振器的连接方式。

另一方面本发明实施例还提供了一种汽车，包括上述任意实施例中的汽车排气管，该汽车排气管安装于车身上时，吸振器沿着Z轴方向设置，即其振动方向为Z轴方向。当汽车发动机启动时，发动机固有频率和排气前管固有频率达到耦合并产生Z方向的共振，此时排气管上的吸振器被激励起来产生相反方向的振动来抵消共振，即利用此共振系统来衰减发动机和排气管的共振能量，从而降低发动机和排气管共振水平和传递到车内的结构噪声。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种汽车排气管，包括一管体和设置在所述管体上的颗粒捕集器和波纹管，其特征在于，还包括固定在所述颗粒捕集器的出气端和所述波纹管之间的吸振器，所述吸振器设置在竖直方向上。

2.如权利要求1所述的汽车排气管，其特征在于，所述吸振器的固有频率为85～100Hz。

3.如权利要求2所述的汽车排气管，其特征在于，所述吸振器的固有频率为85、90、100Hz中的任意一种。

4.如权利要求1所述的汽车排气管，其特征在于，所述吸振器通过一安装支架与所述管体连接，所述安装支架包括垂直连接的连接部和固定部，所述连接部与所述管体固定连接，所述固定部沿着竖直方向延伸，所述吸振器固定于所述固定部上。

5.如权利要求4所述的汽车排气管，其特征在于，所述吸振器包括一钢管骨架，所述钢管骨架的中部开设一通孔，所述通孔内固设一橡胶管，所述橡胶管中间开设一与所述固定部适配的固定孔，所述吸振器的固定孔穿射于所述固定部上，并通过螺母进行固定。

6.如权利要求5所述的汽车排气管，其特征在于，所述橡胶管的两端分别凸出于所述钢管骨架的两端，并形成一与所述螺母尺寸适配的延伸部。

7.如权利要求4所述的汽车排气管，其特征在于，所述固定部靠近所述连接部的位置周向固设一凸台，所述凸台与所述固定部一体成型。

8.如权利要求1所述的汽车排气管，其特征在于，所述吸振器通过一连接杆与所述管体连接，所述连接杆的一端固定于所述管体上，且所述连接杆沿着竖直方向延伸，所述吸振器固定于所述连接杆上。

9.一种汽车，其特征在于，包括权利要求1～8任意一项所述的汽车排气管。