CN108412581B - 一种可变容积式直通阻抗复合消音器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变容积式直通阻抗复合消音器，包括：外筒；第一挡板；第一中央流道管；第二中央流道管；第二挡板；电动伸缩杆，其具有可伸缩端，所述第二挡板与可伸缩端固定连接；所述可伸缩端上设置有可旋转的无油轴承；导轨，其一端铰接在外筒内，所述无油轴承与所述导轨的长槽相配合；第一套筒，其套合在第二中央流道管外侧，所述第一套筒与连杆的一端固定连接，所述连杆的另一端上设置有第一滑块，所述连杆穿过所述第二挡板，所述第一滑块与所述导轨的长槽相配合；第二套筒，其套合在第二中央流道管外侧，所述第二套筒上设置有第二滑块，所述第二滑块与所述导轨的长槽相配合。本发明还提供了一种可变容积式直通阻抗复合消音器的控制方法。

Description

一种可变容积式直通阻抗复合消音器及其控制方法

技术领域

本发明属于消音器技术领域，特别涉及一种可变容积式直通阻抗复合消音器及其控制方法。

背景技术

摩托车消音器是摩托车重要零配件，发动机废气进入消音器后，气流速度降低，噪声变小，达到消声目的。消声器性能好坏不仅影响摩托车的噪声，而且对发动机的功率、油耗、扭矩及寿命都有很大影响。

目前国内外摩托车消音器通常分为以下三种结构类型：

(1)阻性消音器：通常利用消声材料和吸声结构的吸声作用，使沿管道传播的噪声随距离而衰减，从而达到消声的目的，比较适合高频噪声；

(2)抗性消音器：通常借助于管道截面的扩张(收缩)或旁接共振腔，使沿管道传播的某些频率的声波在突变处向声源方向反射回去，比较适合于中低频噪声；

(3)阻抗复合式消音器；此种消音器将阻性和抗性的优点结合，通过适当结构组合而成。

由于摩托车发动机噪声声源产生的噪声频带较宽，为了在低、中、高的宽广频率范围内获得较好的消声效果，国内外多数摩托车厂家都选用阻抗复合式消音器，也有许多学者在研究复合式消音器。国内有以125cc排量摩托车做的研究，其改进后的复合式消音器相比原消音器噪声可下降2dB左右，压力损失和功率损失虽仍在许可范围内，但还是比较大。国外有以1043cc发动机所做的增加膨胀腔的相关研究。国内大部分研究所测试的摩托车发动机均为100cc-250cc，而国外的研究一般选用600cc以上的摩托车发动机。而且，目前消声器机械部分都为固定结构，不可根据噪音频率(发动机转速)调节，往往会产生中高转速时由于未达到设计消声频率而高于平均水平的问题，或者日常行驶时由于排气噪音阶次成分比例不合理，使驾驶者产生烦躁心情。

所以，目前国内摩托车领域缺少一种适合于较大排量摩托车的功率损失小、全转速区间降噪效果好、声品质较高的阻抗复合式消音器。

发明内容

本发明的目的是解决现有阻抗复合消音器腔体容积固定，难以满足不同发动机转速下的消音需求的缺陷，提供了一种可变容积式直通阻抗复合消音器。

本发明提供的技术方案为：

一种可变容积式直通阻抗复合消音器，包括：

外筒，其一端设置有消音器入口，另一端设置有消音器出口；

第一挡板，其固定设置在所述外筒内并与外筒内壁密封；

第一中央流道管，其设置在所述外筒内，所述第一中央流道管的一端与消音器入口连接，另一端与第一挡板连接；所述第一中央流道管采用穿孔管；

第二中央流道管，其设置在所述外筒内，所述第二中央流道管的一端与消音器出口连接，另一端与第一挡板连接；所述第二中央流道管两端为直管，中部为穿孔管；

第二挡板，其设置在所述外筒内并且所述第二挡板与外筒内壁相接触；

电动伸缩杆，其具有可伸缩端，所述第二挡板可伸缩端固定连接；所述可伸缩端上设置有可旋转的无油轴承；

导轨，其上设置有贯通的长槽，所述导轨一端铰接在外筒内，所述无油轴承与所述导轨的长槽相配合；

第一套筒，其套合在第二中央流道管外侧，所述第一套筒与连杆的一端固定连接，所述连杆的另一端上设置有第一滑块，所述连杆穿过所述第二挡板，所述第一滑块与所述导轨的长槽相配合；

第二套筒，其套合在第二中央流道管外侧，所述第二套筒上设置有第二滑块，所述第二滑块与所述导轨的长槽相配合。

优选的是，所述消音器入口处设置有拉簧连接耳。

优选的是，所述第二挡板外圈设置有耐高温橡胶圈。

优选的是，所述第一套筒和第二套筒的两端均设置有耐高温橡胶圈。

优选的是，所述第一中央流道管侧壁上紧密排列有多个开孔，所述开孔直径为3.5mm，孔距为5mm。

优选的是，第二中央流道管中部的穿孔管侧壁上紧密排列有多个开孔，所述开孔直径为3.5mm，孔距为8mm。

优选的是，所述消音器入口和消音器出口均通过铆钉固定在外筒上。

优选的是，所述第一中央流道管外壁上包覆有不锈钢丝。

一种可变容积式直通阻抗复合消音器的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、通过摩托车发动机转速传感器获取发动机的转速n；通过设置在外筒内的温度传感器获取消声器内气体热力学温度T；通过节气门位置传感器获取节气门开度TP；

步骤二、控制电动伸缩杆210左右移动，使第一挡板和第二挡板之间距离L满足：

其中，当1500≤n＜4000时：TP≤30％,则k＝1；30％＜TP≤60％，则k＝1.1；TP＞60％，则k＝1.2；

当4000≤n＜6000时：TP≤30％，则k＝1.1；30％＜TP≤60％，则k＝0.9；TP＞60％，则k＝0.8；

当6000≤n≤9000时：TP≤60％，则k＝1.1；TP＞60％，则k＝0.85。

本发明的有益效果是：本发明提供的可变容积式直通阻抗复合消音器，通过可变容积的结构实现了兼顾降噪效果、压力损失和外形体积，使其在拥有全转速区间内降噪效果的同时，同样具备较低的压力损失和较小的外形体积，以减小消音器对摩托车发动机的动力损失，降低油耗。对于摩托车的声品质，通过抗性部分容积可变机构，可以根据转速合理分配其消声器尾管的阶次成分比例，来营造不同的排气动感音。

附图说明

图1为本发明所述的可变容积式直通阻抗复合消音器外形结构示意图。

图2为本发明所述的可变容积式直通阻抗复合消音器内部结构示意图。

图3为本发明所述的驱动机构结构示意图。

图4为本发明所述的第一套筒结构示意图。

图5为本发明所述的第二套筒结构示意图。

图6为第二腔体容积最大时示意图。

图7为第二腔体容积最小时示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供了一种可变容积式直通阻抗复合消音器，包括外筒110，所述外筒110内呈空心状。在外筒110的右端设置有消音器入口111，在外筒110的左端设置有消音器出口112。在所述外筒110的两端设置有铆钉114，通过铆钉114将消音器出口112和消音器入口111分别固定在外筒110的左右两端。

在所述外筒110的右端还设置有两个拉簧连接耳113，通过将拉簧的一端连接在拉簧连接耳113上，拉簧的另一端连接在摩托车排气管上，从而将可变容积式直通阻抗复合消音器与摩托车排气管安装在一起，使摩托车排气管的出口端与消音器入口111紧密连接。作为一种优选的，通过在摩托车排气管与消音器入口111之间涂抹适量排气密封胶，提高密封性。

一并参阅图2，在所述外筒110内的中部固定设置有第一挡板120，第一挡板120的外圈与外筒110的内壁密封连接。通过第一挡板120使外筒110内第一挡板120与消音器入口111之间形成第一腔体。

在所述第一腔体内设置有第一中央流道管130，所述第一中央流道管130的右端与消音器入口111连接，左端与第一挡板120连接。所述第一中央流道管130整个侧壁上均设置有开孔，即第一中央流道管130为穿孔管。所述第一中央流道管130采用微孔板弯卷而成，微孔板上整齐排列有多个开孔，所述开孔的直径为3.5mm，孔距为5mm。

在所述第一中央流道管130的外侧包裹有一层较薄的不锈钢丝，不锈钢丝与外筒110内壁之间塞有玻璃纤维消音棉。所述第一腔体为阻性消声腔体，玻璃纤维消音棉具有无数细小三微孔、孔隙率大的特点，当音波侵入玻璃纤维消音棉时，其能量会因与纤维及大小不同气穴的摩擦而被大量消耗，同时，玻璃纤维具有耐热温度高达700℃、强韧度好、耐腐蚀、高抗张强度、长度稳定性、高温下收缩率极低等特点。因此，利用玻璃纤维消音棉极好的吸音性能达到降噪效果。在所述第一中央流道管130的外侧包裹不锈钢丝能够防止高温排气烧蚀消音棉。

在所述外筒110内设置有第二中央流道管140，所述第二中央流道管140的右端与第一挡板120连接，左端与消音器出口112连接。所述第二中央流道管140的右端还与第一中央流道管130相连通。

所述第二中央流道管140的中部为穿孔管，左部和右部均为直管，即所述第二中央流道管140的中部侧壁上设置有多个紧密排列的开孔，开孔的直径为3.5mm，孔距为8mm。

在所述外筒110内靠近消音器出口112一侧设置有第二挡板150，即第二挡板150位于第一挡板120与消音器出口112之间。所述第二挡板150套设在第二中央流道管140外，并且第二挡板150的外侧壁与外筒110的内侧壁相接触，从而使第二挡板150与第一挡板120之间形成第二腔体。在所述第二挡板150的外圈上还设置有耐高温橡胶圈，来提高第二挡板150与外筒110内壁之间的密封性。所述第二腔体为抗性消声腔体，主要消除中低频噪音。

所述可变容积式直通阻抗复合消音器还包括驱动机构，用于驱动第二挡板150沿外筒110的周线左右移动，改变第二挡板150与第一挡板120之间的距离，进而改变第二腔体的体积。

如图3所示，所述驱动机构包括电动伸缩杆210。在外筒110的左端面上设置有支架220，所述支架220通过铆钉230与外筒110相固定。所述电动伸缩杆210固定在支架220上，所述支架220为夹紧式，通过使用螺栓240使支架220将电动伸缩杆210夹紧，从而使电动伸缩杆210与外筒110相固定。所述电动伸缩杆210的可伸缩端211穿入到外筒110内并与第二挡板150固定连接，所述可伸缩端211左右移动时，能够带动第二挡板150左右移动，进而改变第二腔体的体积。

所述驱动机构还包括第一套筒250和第二套筒260。所述第一套筒250和第二套筒260均套设在第二中央流道管140外侧，并且第一套筒250和第二套筒260均能够沿着第二中央流道管140的轴线左右移动。所述第一套筒250位于第二套筒260的右侧。在第一套筒250的两端和第二套筒260的两端均设置有耐高温橡胶圈，从而实现第一套筒250和第二中央流道管140之间的密封，以及第二套筒260和第二中央流道管140之间的密封。

在所述外筒110内靠近消音器出口112一端固定设置有导轨支座270，导轨280的一端通过销轴281铰接在导轨支座270上，从而使导轨280能够绕着销轴281相对于外筒110旋转。所述导轨280上设置有贯通的长槽。在所述电动伸缩杆210的可伸缩端211上设置有无油轴承212，所述无油轴承212能够相对于可伸缩端211旋转。所述无油轴承212与所述导轨280上的长槽相配合，当电动伸缩杆210的可伸缩端211左右移动时，通过无油轴承212能够带动导轨280绕销轴281旋转。

一并参阅图4、图5，所述第一套筒250的左端与连杆251的右端固定连接，所述连杆251穿过第二挡板150并且在连杆251的左端设置有第一滑块252，第一滑块252与所述导轨280上的长槽相配合，当导轨280绕销轴281旋转时，能够带动第一套筒250左右移动。在第二挡板150与连杆251之间设置有耐高温橡胶圈，使连杆251能够相对于第二挡板150移动并且使连杆251与第二挡板150之间具有良好的密封性。在所述第二套筒260的左端设置有第二滑块261，所述第二滑块261与所述导轨280上的长槽相配合，当导轨280绕销轴281旋转时，能够带动第二套筒260左右移动。

一并参阅图6、图7，当电动伸缩杆210接受到控制信号后，其可伸缩端211会左右移动，可伸缩端211会带动第二挡板150共同左右移动，直接改变第二腔体的体积。同时，通过可伸缩端211的左右移动，带动导轨280绕销轴281旋转，再通过导轨280的转动，带动第一套筒250和第二套筒260左右移动，通过第一套筒250、第二套筒260与第二中央流道管140的配合，使第一套筒250和第二套筒260遮挡住第二中央流道管140上不同的位置，使第二中央流道管140上开孔的位置发生变化。第一套筒250、第二套筒260和第二挡板150的位移始终保持着固定的位移比例关系，从而保证理想的抗性消音结构。

在安装之后，所述第二滑块261的中心、第一滑块252的中心和无油轴承212的中心分别到销轴中心的距离之比为2:3:4。

本发明的可变最大行程取决于电动伸缩杆的行程以及导轨的长度，可以通过改变电动伸缩杆行程或增大消音器外筒直径来增大导轨长度来增大可调行程。

由于发动机转速不同，所产生的噪声基频不同，为了能过根据噪声基频进行针对性消声，且该基频一般频率较低，因此本发明采用抗性消声腔体容积可变的方式，通过改变腔体长度来改变峰值消声频率，合理分配消声尾管频率阶次比例来实现对应转速消声效果和较好的声品质。同时本发明可以随意调制出具有加速感，轻快感或者力量感的排气动感音。

发动机转速n在1500-4000rpm之间以2阶噪声为主导，可以营造出低转速时浑厚有力的声浪。4000-6000rpm之间以4阶噪声为主导，可以营造出力量感的声浪。6000-9000rpm之间以6阶噪声为主要，可以营造加速的轻快感。

因为随着转速升高，腔体长度减小，2阶声压级明显降低，而4阶声压级变化很小，高转速工况下6阶声压级明显增大。这样就可以使排气噪声听起来在低转速时有力，随着转速升高加速感明显，且加速轻快。

本发明提供的可变容积式直通阻抗复合消音器的控制方法，为了消除主要噪声，选择第二腔体的长度L与二阶频率呈正相关

式中，n为发动机转速，单位为rpm；γ为比热比，取1.4；R为气体常量，取为287J/(kg·K)；T为消声器内气体热力学温度，单位为K；k为节气门开度修正系数；L为第二腔体长度，单位m。

为了高转速之后使排气噪声具有更丰富的阶次成分，适当减小理论长度，但是如果此时节气门开度较小，适当增大理论长度，以减小轰鸣感。

本发明提供的可变容积式直通阻抗复合消音器的控制方法，具体包括如下步骤：

步骤一：通过摩托车发动机转速传感器获取发动机的转速n；通过设置在外筒110内的温度传感器获取消声器内气体热力学温度T；通过节气门位置传感器获取节气门开度TP；

步骤二：控制电动伸缩杆210左右移动，使第二腔体的长度L满足：

其中，当1500≤n＜4000时，为了减小尾管长度，获得加速感：

TP≤30％,则k＝1；30％＜TP≤60％，则k＝1.1；TP＞60％，则k＝1.2。

当4000≤n＜6000时，为了增大尾管长度，获得力量感：

TP≤30％，则k＝1.1；30％＜TP≤60％，则k＝0.9；TP＞60％，则k＝0.8。

当6000≤n≤9000时，为了增大尾管长度，获得轻快感：

TP≤60％，则k＝1.1；TP＞60％，则k＝0.85。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种可变容积式直通阻抗复合消音器的控制方法，其特征在于，

所述可变容积式直通阻抗复合消音器包括：

外筒，其一端设置有消音器入口，另一端设置有消音器出口；

第一挡板，其固定设置在所述外筒内并与外筒内壁密封；

第一中央流道管，其设置在所述外筒内，所述第一中央流道管的一端与消音器入口连接，另一端与第一挡板连接；所述第一中央流道管采用穿孔管；所述第一中央流道管与外筒110内壁之间塞有玻璃纤维消音棉；

第二中央流道管，其设置在所述外筒内，所述第二中央流道管的一端与消音器出口连接，另一端与第一挡板连接；所述第二中央流道管两端为直管，中部为穿孔管；

第二挡板，其设置在所述外筒内并且所述第二挡板与外筒内壁相接触；

电动伸缩杆，其具有可伸缩端，所述第二挡板与可伸缩端固定连接；所述可伸缩端上设置有可旋转的无油轴承；

导轨，其上设置有贯通的长槽，所述导轨一端铰接在外筒内，所述无油轴承与所述导轨的长槽相配合；

第一套筒，其套合在第二中央流道管外侧，所述第一套筒与连杆的一端固定连接，所述连杆的另一端上设置有第一滑块，所述连杆穿过所述第二挡板，所述第一滑块与所述导轨的长槽相配合；

第二套筒，其套合在第二中央流道管外侧，所述第二套筒上设置有第二滑块，所述第二滑块与所述导轨的长槽相配合；

控制方法包括以下步骤：

步骤一、通过摩托车发动机转速传感器获取发动机的转速n；通过设置在外筒内的温度传感器获取消声器内气体热力学温度T；通过节气门位置传感器获取节气门开度TP；

步骤二、控制电动伸缩杆左右移动，使第一挡板和第二挡板之间距离L满足：

式中，γ为比热比，R为气体常量，k为节气门开度修正系数；

其中，当1500≤n＜4000时：TP≤30％,则k＝1；30％＜TP≤60％，则k＝1.1；TP＞60％，则k＝1.2；

当4000≤n＜6000时：TP≤30％，则k＝1.1；30％＜TP≤60％，则k＝0.9；TP＞60％，则k＝0.8；

当6000≤n≤9000时：TP≤60％，则k＝1.1；TP＞60％，则k＝0.85。

2.根据权利要求1所述的可变容积式直通阻抗复合消音器的控制方法，其特征在于，所述消音器入口处设置有拉簧连接耳。

3.根据权利要求1所述的可变容积式直通阻抗复合消音器的控制方法，其特征在于，所述第二挡板外圈设置有耐高温橡胶圈。

4.根据权利要求3所述的可变容积式直通阻抗复合消音器的控制方法，其特征在于，所述第一套筒和第二套筒的两端均设置有耐高温橡胶圈。

5.根据权利要求4所述的可变容积式直通阻抗复合消音器的控制方法，其特征在于，所述第一中央流道管侧壁上紧密排列有多个开孔，所述开孔直径为3.5mm，孔距为5mm。

6.根据权利要求4所述的可变容积式直通阻抗复合消音器的控制方法，其特征在于，第二中央流道管中部的穿孔管侧壁上紧密排列有多个开孔，所述开孔直径为3.5mm，孔距为8mm。

7.根据权利要求5或6所述的可变容积式直通阻抗复合消音器的控制方法，其特征在于，所述消音器入口和消音器出口均通过铆钉固定在外筒上。

8.根据权利要求1所述的可变容积式直通阻抗复合消音器的控制方法，其特征在于，所述第一中央流道管外壁上包覆有不锈钢丝。