CN109252915A - 一种用于汽车排气系统的降噪装置及降噪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于汽车排气系统的降噪装置，包括降噪器、降噪控制器和用于采集噪声的麦克风，麦克风设置在排气管道的排气端，麦克风与降噪控制器连接，降噪器与降噪控制器连接。降噪器设置在三元催化器和消声器之间，降噪器的进气端与三元催化器的排气端连接，降噪器的排气端与消声器的进气端连接，麦克风设置在消声器的排气端。降噪器为冷却器，冷却器与发动机的冷却系统连通，冷却器上设有流量阀，流量阀与降噪控制器连接，流量阀控制进入冷却器的冷却液的流量。冷却器中通入冷却液对排气管道中的气体进行降温，从而降低噪声，冷却器与整车的冷却系统连通，实现冷却液的循环。本发明还公开了一种汽车排气系统的降噪方法。

Description

一种用于汽车排气系统的降噪装置及降噪方法

技术领域

本发明属于汽车性能优化技术领域，具体涉及一种用于汽车排气系统的降噪装置及降噪方法。

背景技术

随着中国乃至全球汽车保有量的不断增加，噪声污染也越来越严重，由于汽车发动机工作时的特性，在工作排出的气体会产生气体流动的噪声，噪声会影响人们的学习、工作、休息，噪声的危害噪声对人类在生理、心理和社会各方面都有影响。即使噪声级较低也会干扰人们的正常活动。对听觉器官的损伤。噪声对听力的影响与其声压级、频率及作用时间有关。所以为了能降低汽车在运行时发动机气体所产生的气流噪声，通常会在在汽车排气系统中增加一个关键零部件，就是汽车排气系统中的消声器，所以汽车排气系统的一个主要功效就是消除汽车排气系统中的噪声，但随着人们对生活环境质量要求的不断提高，普通的汽车排气系统已经不能满足人们对汽车噪声的要求，需要一种更先进，对汽车排气噪声消音性能更好的装置来满足更高标准的噪声标准要求。

目前汽车排气系统的结构设计主要通过消声包内的结构设计来改进排气系统噪声，同时在汽车排气系统的消声包内部会增加吸音棉来降低汽车排气系统的噪声，消声器的内部结构。由于两个管道的长度差值等于汽车所发出的声波的波长的一半，使得两列声波在叠加时发生干涉相互抵消而减弱声强，使声音减小，从而起到消除排气噪音的效果。汽车消声器又分阻性消声器与抗性消声器。阻性消声器主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。把吸声材料固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列，就构成了阻性消声器。阻性消声器对中高频消声效果好、对低频消声效果较差。抗性消声器是由突变界面的管和室组合而成的，当包含有各种频率成分的声波进入第一个短管时，只有在第一个网孔固有频率附近的某些频率的声波才能通过网孔到达第二个短管口，而另外一些频率的声波则不可能通过网孔.只能在小室中来回反射，因此，我们称这种对声波有滤波功能的结构为声学滤波器。选取适当的管和室进行组合，就可以滤掉某些频率成分的噪声，从而达到消声的目的。抗性消声器适用于消除中、低频噪声。

而由于汽车排气系统布置空间及汽车排气系统背压性能要求的制约因素，当汽车排气噪声中采用管和室进行组合的设计达到一定水平后已经很难再对噪声进一步降低，所以需要采用其他方式来进一步降低排气系统的噪声。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种有效降低汽车排气系统噪声，优化排气系统性能的用于汽车排气系统的降噪装置，用以解决由于汽车排气系统布置空间及汽车排气系统背压性能要求的制约因素，当汽车排气噪声中采用管和室进行组合的设计达到一定水平后已经很难再对噪声进一步降低的问题。本发明还提供了一种汽车排气系统的降噪方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种用于汽车排气系统的降噪装置，包括降噪器、降噪控制器和用于采集噪声的麦克风，麦克风设置在排气管道的排气端，麦克风与降噪控制器连接，降噪器与降噪控制器连接。

进一步的，所述降噪器设置在三元催化器和消声器之间，降噪器的一端与三元催化器连接，降噪器的另一端与消声器连接，麦克风设置在消声器的排气端。

进一步的，所述降噪器为冷却器，冷却器与整车冷却装置连通。

进一步的，所述冷却器与整车冷却装置连通的管道上设有流量阀，流量阀与降噪控制器连接，流量阀控制进入冷却器的冷却液的流量。

进一步的，所述冷却器的进气端与三元催化器的排气端连接，冷却器的排气端与消声器的进气端连接，麦克风设置在消声器的排气端。

进一步的，所述排气管道的排气端设有热电偶，热电偶位于冷却器之后，检测气体经过冷却器后的温度，热电偶与降噪控制器连接。

本发明还涉及一种汽车排气系统的降噪方法，基于上述用于汽车排气系统的降噪装置，所述降噪方法为：

步骤1.将降噪器安装在在三元催化器和消声器之间，麦克风设置在消声器的排气端，麦克风与降噪控制器连接，降噪控制器控制降噪器工作；

步骤2.降噪器为冷却器，冷却器与整车冷却装置连通，冷却器的进气端与三元催化器的排气端连接，冷却器的排气端与消声器的进气端连接，麦克风设置在消声器的排气端；

步骤3.麦克风在排气管道的排气端采集到的噪声数据，输送到降噪控制器中，降噪控制器预先设有控制噪声的阀值，麦克风采集到的噪声数据与噪声阀值比较，根据比较结果降噪控制器控制降噪器中流量阀的开启或关闭；

步骤4.当麦克风采集到的噪声数据大于降噪控制器中设置的噪声阀值时，降噪控制器控制流量阀开启，冷却液进入到冷却器，对排气管道中的气体进行降温，再经过消声器排出，麦克风采集降温后气体的噪声数据再与降噪控制器中的噪声阀值进行比较；

步骤5.当麦克风采集到的噪声数据小于降噪控制器中设置的噪声阀值时，降噪控制器控制流量阀关闭，冷却器不工作，排气管道中的气体无须进行降温。

进一步的，所述步骤1中降噪器通过卡箍或者螺栓的连接方式安装在排气系统上，或者在产品开发过程中，通过安装或者焊接的方式将降噪器集成在排气系统中。

进一步的，所述麦克风持续实时采集排气管道排气端的气体噪声，并实时持续与噪控制器中的噪声阀值进行比较，根据比较结果循环进行步骤4或步骤5的操作。

采用本发明技术方案的优点为：

1.本发明利用排气系统中气体温度与汽车排气噪声之间的关系，通过降低排气系统中的气体温度，进而降低排气系统噪声；通过在汽车传统排气系统中增加一个排气降噪装置，来降低汽车排气系统噪声，降噪装置中包含冷却装置，通过车辆反馈的噪声信息，实施调整冷却装置的工作状态，通过应用此方案，可以直接改善排气系统噪声性能，达到更高的排气噪声目标。经过实际试验测试，本发明中在在三元催化器和消声器之间安装降噪装置，可以有效降低汽车排气系统噪声，优化排气系统的性能。

2.本发明通过冷却器降低排气管道中气体的温度来降低气体的噪声；但是由于三元催化器中的物质起作用对发动机排出的气体处理时需要高温条件，所以本发明选择在三元催化器的后面安装冷却器对排出的气体进行降温进而降噪，这样的设计不会干扰三元催化器的工作还能起到降噪的作用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为本发明降噪装置安装在排气系统中的结构示意图。

上述图中的标记分别为：1、降噪器；11、冷却器；12、流量阀；2、降噪控制器；3、麦克风；4、排气管道；5、三元催化器；6、消声器；7、热电偶；8、连接法兰Ⅱ；9、连接法兰Ⅰ；10、整车冷却装置。

具体实施方式

在本发明中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“平面方向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，一种用于汽车排气系统的降噪装置，包括降噪器1、降噪控制器2和用于采集噪声的麦克风3，麦克风3设置在排气管道4的排气端，麦克风3与降噪控制器2连接，降噪器1与降噪控制器2连接。降噪器1设置在三元催化器5和消声器6之间，降噪器1的一端通过连接法兰Ⅰ9与三元催化器5连接，降噪器1的另一端通过连接法兰Ⅱ8与消声器6连接，降噪器1的进气端与三元催化器5的排气端连接，降噪器1的排气端与消声器6的进气端连接，麦克风3设置在消声器6的排气端。

降噪器1为冷却器11，冷却器11与整车冷却装置10连通，冷却器11与整车冷却装置10连通的管道上设有流量阀12，流量阀12与降噪控制器2连接，流量阀12控制进入冷却器11的冷却液的流量。冷却器11中通入冷却液对排气管道中的气体进行降温，从而降低噪声，冷却器11与整车的冷却系统连通，实现冷却液的循环。在排气管道4中冷却器11之后还设有热电偶7，热电偶7设在排气管道4的排气端，用于检测气体经过冷却器11后的温度，热电偶采集7的排气温度信号与麦克风3采集的排气噪声信号输送到降噪控制器2中，降噪控制器2预先设有排气噪声值与排气温度值对应的数据，此排气噪声值与排气温度值对应的数据是通过多次试验形成表格得到的，然后通过数值拟合，将拟合关系或者直接将试验得到的数据表格内置到降噪控制器2中，降噪控制器2根据热电偶采集7的排气温度与麦克风3采集的排气噪声，制定合适的控制方案，即根据要控制的排气噪声的大小，确定排气温度应该控制在那个数值，进而控制冷却液进入冷却器11中的流量。降噪控制器2预先设有控制噪声的阀值，麦克风3采集到的噪声数据与噪声阀值比较，根据比较结果确定控制方案，降噪控制器2根据控制要求，确定排气系统中温度需要降低的目标并调整降温速度，即降噪控制器2控制降噪器1中流量阀12的开启或关闭。

冷却器11的进气端与三元催化器5的排气端连接，冷却器11的排气端与消声器6的进气端连接，麦克风3设置在消声器6的排气端。发动机排出的气体依次经过三元催化器5、降噪器1、消声器6排出，降噪器1设置在三元催化器5和消声器6之间，因为降噪器1为冷却器11，其降噪的原理是：利用排气系统中气体温度与汽车排气噪声之间的关系，通过调整排气系统中的气体温度，降低排气系统噪声。由于排气系统的温度高，而且温度是随着排气管的位置而变化的，在排气多支管处，排气温度更高，可是在尾管处的温度又降低。由于声速与温度有着很大的关系，因此声波的频率和波长也都会随着温度改变而改变，所以即使是要消除同一频率的噪声，消音器安装在不同的位置，其结构也要改变。对某个频率的声波来说，波长是随着温度的增加而增加的，以扩张消音器是能体现这种变化的典型例子。传递损失也是随着温度变化而变化的，对长度一定的消音器来说，温度增加就意味着(或者说是相当于)消音器的长度变短，这样消音器在低频的降噪效果就降低。所以通过调整排气温度，也会起到调节排气噪声的作用。因此根据排气系统噪声与排气温度之间的关系，通过降低排气系统中的气体温度的方式来降低排气系统中的噪声，是很有效的方法。

基于此本发明中就是通过冷却器11降低排气管道中气体的温度来降低气体的噪声；但是由于三元催化器5中的物质起作用对发动机排出的气体处理时需要高温条件，所以本发明选择在三元催化器5的后面安装冷却器对排出的气体进行降温进而降噪，这样的设计不会干扰三元催化器5的工作还能起到降噪的作用。

基于上述降噪装置，本发明还提供了一种汽车排气系统的降噪方法：

步骤1.将降噪器1安装在三元催化器5和消声器6之间，麦克风3设置在消声器6的排气端，麦克风3与降噪控制器2连接，降噪控制器2控制降噪器1工作；降噪器1安装在三元催化器5和消声器6之间的安装方式可分为两种形式：一是对于已经开发完成的排气系统，想要利用该降噪装置进行降低噪声，降噪器1通过卡箍或者螺栓的连接方式安装在排气系统上；二是对于正处在开发过程中的排气系统，则可通过安装或者焊接的方式将降噪器1集成在排气系统中。

步骤2.降噪器1为冷却器11，冷却器11与整车冷却装置10连通，冷却器11的进气端与三元催化器5的排气端连接，冷却器11的排气端与消声器6的进气端连接，麦克风3设置在消声器6的排气端；

步骤3.麦克风3在排气管道4的排气端采集到的噪声数据，输送到降噪控制器2中，降噪控制器2接收噪声数据并进行分析，降噪控制器2预先设有控制噪声的阀值，麦克风3采集到的噪声数据与噪声阀值比较，根据比较结果确定控制方案，降噪控制器2根据控制要求，确定排气系统中温度需要降低的目标并调整降温速度，即降噪控制器2控制降噪器1中流量阀12的开启或关闭。

步骤4.当麦克风3采集到的噪声数据大于降噪控制器2中设置的噪声阀值时，降噪控制器2控制流量阀12开启，冷却液进入到冷却器11，对排气管道中的气体进行降温，若是麦克风3采集到的噪声数据与噪声阀值相差的比较大则增大流量阀12的开度，加快冷却液进入冷却器的速度及循环速度，以使排气系统中的气体快速降温；降温后的气体再经过消声器6排出，麦克风3采集降温后气体的噪声数据再次与噪控制器2中的噪声阀值进行比较；

步骤5.当麦克风3采集到的噪声数据小于降噪控制器2中设置的噪声阀值时，降噪控制器2控制流量阀12关闭，冷却器11不工作，排气管道中的气体无须进行降温。麦克风3持续实时采集排气管道4排气端的气体噪声，并实时持续与降噪控制器2中的噪声阀值进行比较，根据比较结果循环进行步骤4或步骤5的操作。

本发明利用排气系统中气体温度与汽车排气噪声之间的关系，通过降低排气系统中的气体温度，进而降低排气系统噪声；通过在汽车传统排气系统中增加一个排气降噪装置，来降低汽车排气系统噪声，降噪装置中包含冷却装置，通过车辆反馈的噪声信息，实施调整冷却装置的工作状态，通过应用此方案，可以直接改善排气系统噪声性能，达到更高的排气噪声目标。经过实际试验测试，本发明中在在三元催化器5和消声器6之间安装降噪装置，可以有效降低汽车排气系统噪声，优化排气系统的性能。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于汽车排气系统的降噪装置，其特征在于：包括降噪器(1)、降噪控制器(2)和用于采集噪声的麦克风(3)，麦克风(3)设置在排气管道(4)的排气端，麦克风(3)与降噪控制器(2)连接，降噪器(1)与降噪控制器(2)连接。

2.如权利要求1所述的一种用于汽车排气系统的降噪装置，其特征在于：所述降噪器(1)设置在三元催化器(5)和消声器(6)之间，降噪器(1)的一端与三元催化器(5)连接，降噪器(1)的另一端与消声器(6)连接，麦克风(3)设置在消声器(6)的排气端。

3.如权利要求2所述的一种用于汽车排气系统的降噪装置，其特征在于：所述降噪器(1)为冷却器(11)，冷却器(11)与整车冷却装置(10)连通。

4.如权利要求3所述的一种用于汽车排气系统的降噪装置，其特征在于：所述冷却器(11)与整车冷却装置(10)连通的管道上设有流量阀(12)，流量阀(12)与降噪控制器(2)连接，流量阀(12)控制进入冷却器(11)的冷却液的流量。

5.如权利要求4所述的一种用于汽车排气系统的降噪装置，其特征在于：所述冷却器(11)的进气端与三元催化器(5)的排气端连接，冷却器(11)的排气端与消声器(6)的进气端连接，麦克风(3)设置在消声器(6)的排气端。

6.如权利要求5所述的一种用于汽车排气系统的降噪装置，其特征在于：所述排气管道(4)的排气端设有热电偶(7)，热电偶(7)位于冷却器(11)之后，检测气体经过冷却器(11)后的温度，热电偶(7)与降噪控制器(2)连接。

7.一种汽车排气系统的降噪方法，其特征在于：利用权利要求1至6任意一项所述的一种用于汽车排气系统的降噪装置，所述降噪方法为：

步骤1.将降噪器(1)安装在在三元催化器(5)和消声器(6)之间，麦克风(3)设置在消声器(6)的排气端，麦克风(3)与降噪控制器(2)连接，降噪控制器(2)控制降噪器(1)工作；

步骤2.降噪器(1)为冷却器(11)，冷却器(11)与整车冷却装置(10)连通，冷却器(11)的进气端与三元催化器(5)的排气端连接，冷却器(11)的排气端与消声器(6)的进气端连接，麦克风(3)设置在消声器(6)的排气端；

步骤3.麦克风(3)在排气管道(4)的排气端采集到的噪声数据，输送到降噪控制器(2)中，降噪控制器(2)预先设有控制噪声的阀值，麦克风(3)采集到的噪声数据与噪声阀值比较，根据比较结果降噪控制器(2)控制降噪器(1)中流量阀(12)的开启或关闭；

步骤4.当麦克风(3)采集到的噪声数据大于降噪控制器(2)中设置的噪声阀值时，降噪控制器(2)控制流量阀(12)开启，冷却液进入到冷却器(11)，对排气管道中的气体进行降温，再经过消声器(6)排出，麦克风(3)采集降温后气体的噪声数据再与降噪控制器(2)中的噪声阀值进行比较；

步骤5.当麦克风(3)采集到的噪声数据小于降噪控制器(2)中设置的噪声阀值时，降噪控制器(2)控制流量阀(12)关闭，冷却器(11)不工作，排气管道中的气体无须进行降温。

8.如权利要求7所述的一种汽车排气系统的降噪方法，其特征在于：所述步骤1中降噪器(1)通过卡箍或者螺栓的连接方式安装在排气系统上，或者在产品开发过程中，通过安装或者焊接的方式将降噪器(1)集成在排气系统中。

9.如权利要求7所述的一种汽车排气系统的降噪方法，其特征在于：所述麦克风(3)持续实时采集排气管道(4)排气端的气体噪声，并实时持续与降噪控制器(2)中的噪声阀值进行比较，根据比较结果循环进行步骤4或步骤5的操作。