CN108425718B - 一种用于汽车发动机排气系统的磁流变主动吸音消音器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及排气消音设备领域，具体涉及一种用于汽车发动机排气系统的磁流变主动吸音消音器。包括中空的圆柱形筒体，沿筒体轴线两端分别设有进气管和出气管；筒体包括壳体、玻璃棉和穿孔板，穿孔板上开有若干气孔；筒体内由左活塞和隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体；左活塞上固设有与筒体同轴的活塞杆；伸入到第一腔体的活塞杆的细轴上套设有彩虹型压电振子；伸入到第二腔体的活塞杆上设有磁流变液阻尼单元。优势与特色：可根据发动机转速变化自动调节腔室体积和阻尼单元阻尼力大小而实现动态主动吸声；利用压电陶瓷、穿孔板与玻璃棉吸声，吸收频带宽。

Description

一种用于汽车发动机排气系统的磁流变主动吸音消音器
技术领域
本发明涉及排气消音设备领域，具体涉及一种用于汽车发动机排气系统的磁流变主动吸音消音器。
背景技术
随着工业化程度的提高，噪声危害程度日益扩大，汽车噪声成为当前城市环境噪声中最主要的噪声源，而排气噪声是汽车发动机的主要噪声源，排气消声器是阻止声音传播而允许气流通过的一种器件，是消除空气动力性噪声的重要措施。排气消声器的种类很多，大多数排气消声器的消声性能依赖于固定的结构参数。现有技术中，排气消声器的排气消音效果不够理想，原因在于：发动机排气噪声随转速变化而变化，排气消声器消音频率不能随发动机转速的变化进行自动调节，故吸声系数低，吸收频带窄，且不易控制。
发明内容
针对现有排气消音器消音方面所存在的问题，本发明提出一种用于汽车发动机排气系统的磁流变主动吸音消音器，本发明采用的实施方案是：一种用于汽车发动机排气系统的磁流变主动吸音消音器，包括中空的圆柱形筒体，沿筒体轴线两端分别设有进气管和出气管；筒体包括壳体、玻璃棉和穿孔板，穿孔板上开有若干气孔；筒体内由左活塞和隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，进气管与第一腔体相通，出气管与第三腔体相通，进气管的出气口和出气管的进气口采用喇叭口形状；左活塞和隔板上均布地开有左流通孔和右流通孔，左活塞相对于筒体可左右移动，隔板通过螺钉固定在筒体上，左活塞上固设有与筒体同轴的活塞杆；伸入到第一腔体的活塞杆的细轴上套设有压电振子，压电振子均由圆环形的压电陶瓷和金属基板粘接而成；伸入到第二腔体的活塞杆上设有阻尼单元；阻尼单元包括与筒体同轴的带有圆柱形内腔体的缸体、通过螺钉安装在缸体左端部的端盖、设置在缸体内的磁流变液、空气弹簧；缸体内腔中活塞杆右端固设有工字型右活塞，右活塞上设有使磁流变液状态改变的线圈，右活塞和线圈的外周壁与缸体之间留有磁流变液的流动通道；缸体通过螺钉固定在隔板上，空气弹簧的两端分别与右活塞右端和缸体底部相连，活塞杆与端盖间设有密封与导向件。
本发明中，为提高压电振子的吸音降噪能力和可靠性，压电振子为弯曲的彩虹型结构，压电陶瓷的曲率半径小于金属基板的曲率半径，压电陶瓷厚度为0.17～0.3mm的PZT3，金属基板为铍青铜，金属基板与压电晶片的厚度之比为1～2.6，此时压电振子的吸音降噪能力较强。
当线圈中没有电流时，磁流变液为Newton流体，活塞可以自由在缸体内滑动，磁流变液可以自由通过流通通道，此时阻尼单元不工作；当线圈中有电流即有磁场时，将磁流变液流动通道阻塞，使活塞两侧的磁流变液运动阻尼力增大，同时弹簧起到复位的作用，此时阻尼单元处于工作状态。
气流通过进气管进入第一腔体后，气流吹到压电振子时产生气体动压力首先使压电振子中的彩虹型弯曲的压电陶瓷受压应力趋于拉直，压电振子中压电陶瓷所受应力小于其许用应力，气流中声波的振动使压电陶瓷所受的应力交替增加和减小的过程中即将声能转换成电能，并且所生成电能经导线传输到能量转换与存储电路后为阻尼单元中线圈供电；由压电陶瓷的正压电效应可知，压电陶瓷在压力作用下产生的电荷量与压力大小成正比，因此，施加到阻尼单元的线圈上的电流大小受压电陶瓷产生的电荷值控制，线圈中电流的改变可引起磁流变液流动通道中磁流变液的磁感应强度改变，磁流变液的力学性能改变，使活塞在缸体内运动时所受到的阻尼力改变。即，活塞在缸体内运动时所受到的阻尼力与压电陶瓷供给线圈的电流大小有关。
当发动机转速增大时，消声器气流气压和声波频率增加，压电振子施加到阻尼单元中线圈上的电流增加，磁流变液通过流动通道的阻尼力增大；同时，增大的气体动压力还会驱动活塞杆上的左活塞和右活塞一起向右移动，使第一腔体增大，第二腔体减小，空气弹簧缩短；相反，当发动机转速降低时，消声器气流气压和声波频率减小，压电振子施加到阻尼单元中线圈上的电流减小，磁流变液通过流动通道的阻尼力减小；弹簧的弹力使左活塞和右活塞向左移动，第一腔体减小，第二腔体增大，弹簧伸长，因此，该消音器可根据发动机转速变化进行自动调节腔室体积和阻尼单元阻尼力大小进行主动吸声，进气管的出气口和排气管的进气口采用喇叭口形状，以减少消声器内气流再生噪声的产生，压电陶瓷吸收低频声波，穿孔板与玻璃棉共同作用吸收中高频声波，有效消除排气噪声。
优势与特色：1)根据发动机转速变化自动调节腔室体积和阻尼单元阻尼力大小从而实现动态主动吸声；2)进气管的出气口和排气管的进气口采用喇叭口形状，减少再生噪声，通过压电振子将声能转变成机械能，利用压电陶瓷吸收低频声波，利用穿孔板与玻璃棉共同作用吸收中高频声波，故吸收频带宽。
附图说明
图1为本发明一个较佳实施例中一种用于汽车发动机排气系统的磁流变主动吸音消音器的结构示意图；
图2为本发明一个较佳实施例中压电振子的结构示意图；
具体实施方式
一种用于汽车发动机排气系统的磁流变主动吸音消音器，包括中空的圆柱形筒体V，沿筒体V轴线两端分别设有进气管a和出气管p；筒体V包括壳体b、玻璃棉c和穿孔板d，穿孔板d上开有若干气孔d1；筒体V内由左活塞g和隔板m沿垂直筒体V轴线方向将筒体V分隔为第一腔体A、第二腔体B和第三腔体C，进气管a与第一腔体A相通，出气管p与第三腔体C相通，进气管a的出气口和出气管p的进气口采用喇叭口形状；左活塞g和隔板m上均布地开有左流通孔g1和右流通孔m1，左活塞g相对于筒体V可左右移动，隔板m通过螺钉固定在筒体V上，左活塞g上固设有与筒体V同轴的活塞杆t；伸入到第一腔体A的活塞杆t的细轴t1上套设有压电振子E，压电振子E均由圆环形的压电陶瓷e1和金属基板e2粘接而成；伸入到第二腔体B的活塞杆t上设有阻尼单元Y；阻尼单元Y包括与筒体V同轴的带有圆柱形内腔体的缸体j、通过螺钉安装在缸体j左端部的端盖i、设置在缸体j内的磁流变液h、空气弹簧r；缸体j内腔中活塞杆t右端固设有工字型右活塞q，右活塞q上设有使磁流变液h状态改变的线圈k，右活塞q和线圈k的外周壁与缸体j之间留有磁流变液h的流动通道s；缸体j通过螺钉固定在隔板m上，空气弹簧r的两端分别与右活塞q右端和缸体j底部相连，活塞杆t与端盖i间设有密封与导向件n。
本发明中，为提高压电振子E的吸音降噪能力和可靠性，压电振子E为弯曲的彩虹型结构，压电陶瓷e1的曲率半径小于金属基板e2的曲率半径，压电陶瓷e1厚度为0.17～0.3mm的PZT3，金属基板e2为铍青铜，金属基板e2与压电晶片e1的厚度之比为1～2.6，此时压电振子E的吸音降噪能力较强。
当线圈k中没有电流时，磁流变液h为Newton流体，右活塞q可以自由在缸体j内滑动，磁流变液h可以自由通过流动通道s，此时阻尼单元Y不工作；当线圈k中有电流即有磁场时，将磁流变液h流动通道s阻塞，使右活塞q两侧的磁流变液h运动阻尼力增大，同时弹簧r起到复位的作用，此时阻尼单元Y处于工作状态。
气流通过进气管进入第一腔体后，气流吹到压电振子E时产生气体动压力首先使压电振子E中的彩虹型弯曲的压电陶瓷e1受压应力趋于拉直，压电振子E中压电陶瓷e1所受应力小于其许用应力，气流中声波的振动使压电陶瓷e1所受的应力交替增加和减小的过程中即将声能转换成电能，并且所生成电能经导线传输到能量转换与存储电路后为阻尼单元中线圈k供电；由压电陶瓷e1的正压电效应可知，压电陶瓷e1在压力作用下产生的电荷量与压力大小成正比，因此，施加到阻尼单元Y的线圈k上的电流大小受压电陶瓷e1产生的电荷值控制，线圈中电流的改变可引起磁流变液h流动通道s中磁流变液h的磁感应强度改变，磁流变液h的力学性能改变，使右活塞q在缸体j内运动时所受到的阻尼力改变。即，右活塞q在缸体j内运动时所受到的阻尼力与压电陶瓷e1供给线圈k的电流大小有关。
当发动机转速增大时，消声器气流气压和声波频率增加，压电振子E施加到阻尼单元Y中线圈k上的电流增加，磁流变液h通过流动通道s的阻尼力增大；同时，增大的气体动压力还会驱动活塞杆t上的左活塞g和右活塞q一起向右移动，使第一腔体A增大，第二腔体B减小，空气弹簧r缩短；相反，当发动机转速降低时，消声器气流气压和声波频率减小，压电振子E施加到阻尼单元Y中线圈k上的电流减小，磁流变液h通过流动通道s的阻尼力减小；弹簧r的弹力使左活塞g和右活塞q向左移动，第一腔体A减小，第二腔体B增大，弹簧r伸长，因此，该消音器可根据发动机转速变化进行自动调节腔室体积和阻尼单元Y阻尼力大小进行主动吸声，进气管a的出气口和排气管p的进气口采用喇叭口形状，以减少消声器内气流再生噪声的产生，压电陶瓷e1吸收低频声波，穿孔板d与玻璃棉c共同作用吸收中高频声波，有效消除排气噪声。

Claims (1)

1.一种用于汽车发动机排气系统的磁流变主动吸音消音器，其特征在于：包括中空的圆柱形筒体，沿筒体轴线两端分别设有进气管和出气管；筒体包括壳体、玻璃棉和穿孔板，穿孔板上开有若干气孔；筒体内由左活塞和隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，进气管与第一腔体相通，出气管与第三腔体相通，进气管的出气口和出气管的进气口采用喇叭口形状；左活塞和隔板上均布地开有左流通孔和右流通孔，左活塞相对于筒体可左右移动，隔板固定在筒体上，左活塞上固设有与筒体同轴的活塞杆；伸入到第一腔体的活塞杆的细轴上套设有压电振子，压电振子均由圆环形的压电陶瓷和金属基板粘接而成，压电振子为弯曲的彩虹型结构，压电陶瓷的曲率半径小于金属基板的曲率半径；伸入到第二腔体的活塞杆上设有阻尼单元；阻尼单元包括与筒体同轴的带有圆柱形内腔体的缸体、安装在缸体左端部的端盖、设置在缸体内的磁流变液、空气弹簧；缸体内腔中活塞杆右端固设有工字型右活塞，右活塞上设有使磁流变液状态改变的线圈，右活塞和线圈的外周壁与缸体之间留有磁流变液的流动通道；缸体固定在隔板上，空气弹簧的两端分别与右活塞右端和缸体底部相连，活塞杆与端盖间设有密封与导向件；压电振子为弯曲的彩虹型结构，压电陶瓷的曲率半径小于金属基板的曲率半径，压电陶瓷厚度为0.17～0.3mm的PZT3，金属基板为铍青铜，金属基板与压电晶片的厚度之比为1～2.6。
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