CN109477407A - 音色缩放排气系统 - Google Patents

Abstract

一种音色缩放的内燃机排气系统，包括：入口收集器，其包括在收集器的第一端部处与来自内燃机的排气流流体连通的单个入口管道和在收集器的第二端部处的出口管道；多个非穿孔并联调谐管，其与入口收集器的多个出口管道流体连通，多个调谐管具有根据音色缩放排气系统的理想音调选取的长度和直径；出口收集器，其包括与至少第一和第二调谐管流体连通的多个入口管道和与排气系统的出口流体连通的单个出口管道。入口收集器通过多个调谐管将排气流分开，以创建单独的音调，其中出口收集器结合分开的排气流以创建内燃机排气的理想声音。

Description

音色缩放排气系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年7月25日提交的Timbre Scaled Exhaust System的美国临时专利申请序列号62/366,167的优先权，其内容通过引用整体并入本文中。

技术领域

本公开涉及用于车辆的排气部件的领域。更具体地，本公开涉及用于调谐或改变车辆排气声音的排气系统。

背景技术

内燃机产生热废气，热废气通常从发动机的排气口排出。热废气膨胀以释放动能，从而产生超音速和跨音速流动。当热废气膨胀时，产生声波脉冲或冲击波。产生了广频谱的声音，包括想要的和不想要的音调。

通常必须过滤或改变从内燃机排放的声音频率以符合州和联邦法规。在改变废气的声音以符合法规后，声音的剩余部分包括不需要的声音和可能需要的声音，例如性能爱好者想要的声音。

已产生各种不同解决方案，以改变车辆的内燃机产生的声音。例如，消声器通过减缓废气的流动和通过吸收或消除由内燃机产生的冲击波的能量，来改变从内燃机排出的废气的声音。然而，消声器通常都昂贵、笨重、尺寸大、效率低且随时间而退化。

其他机构包括各种主被动的阀，用于控制排气系统内的背压用于消除声音和声波脉冲。类似地，已做出尝试以改变总管(header tube)长度并利用可调谐的消声器以改变车辆的排气音调。这些其他尝试通常增加了车辆排气系统的复杂性。

因此，需要的是一种用于调谐或改变车辆排气声音的排气系统，其修改车辆排气的根音音调以产生理想的声音。

发明内容

通过一种音色缩放排气系统来满足上述和其他需求。在第一方面，音色缩放排气系统包括：入口收集器，其包括在收集器的第一端部处与来自内燃机的排气流流体连通的入口管道和在收集器的第二端部处的出口管道；多个非穿孔并联调谐管，其与入口收集器的多个出口管道流体连通，多个调谐管具有根据音色缩放排气系统的理想音调选取的长度和直径；出口收集器，其包括与至少第一和第二调谐管流体连通的入口管道和与排气系统的出口流体连通的出口管道。入口收集器通过多个调谐管将排气流分开，以创建单独的音调，其中出口收集器结合分开的排气流以创建内燃机排气的理想声音。

在一个实施例中，多个调谐管进一步包括：至少第一调谐管和至少第二调谐管，该第一调谐管具有根据第一理想音调选取的直径，该第二调谐管具有与第一调谐管的直径不同的第二直径，该第二调谐管的直径根据第二理想音调选取。在另一实施例中，第一调谐管具有第一长度，而第二调谐管具有大于第一调谐管的长度的第二长度。

在另一实施例中，音调缩放排气系统进一步包括消声器，其位于入口收集器、调谐管和出口收集器的下游。

在一个实施例中，调谐管具有直径，其使得一个调谐管的声波基本上抵消另一调谐管的声波噪声。

在一个实施例中，多个调谐管中的每一个在视觉上暴露。

在另一实施例中，入口收集器、调谐管和出口收集器通过挤压和锻造中的一个形成为单件。

在一个实施例中，该调谐管具有1"到1.5"的直径。在另一实施例中，该调谐管具有从约1"到约8"的长度。在另一实施例中，调谐管包括3到5根并联调谐管。

在另一实施例中，音色缩放排气系统进一步包括围绕入口收集器的出口管道和出口收集器的入口管道形成的多个凸起，该多个凸起成形为容纳调谐管。在一个实施例中，凸起适用于容纳第一配置中的第一数量的调谐管，并进一步适用于容纳第二配置中的第二数量的调谐管。

在第二方面，音色缩放的内燃机排气系统包括：入口收集器，其包括在收集器的第一端部处与来自内燃机的排气流流体连通的单个入口管道，和在收集器的第二端部处的出口管道；与入口收集器的多个出口管道流体连通的多个非穿孔并联调谐管，多个调谐管包括至少第一调谐管和至少第二调谐管，该第一调谐管具有根据第一理想音调选取的直径，该第二调谐管具有与第一调谐管的直径不同的第二直径，该第二调谐管的直径根据第二理想音调选取。出口收集器，其包括与至少第一和第二调谐管流体连通的多个入口管道和与排气系统的出口流体连通的单个出口管道。入口收集器通过多个调谐管将排气流分开，以创建单独的音调，其中出口收集器结合分开的排气流以创建内燃机排气的理想声音。

在第三方面，音色缩放的内燃机排气系统包括：入口收集器，其包括在收集器的第一端部处与来自内燃机的排气流流体连通的单个入口管道和在收集器的第二端部处的出口管道；与入口收集器的多个出口管道流体连通的多个非穿孔并联调谐管，多个调谐管包括至少第一调谐管和至少第二调谐管，该第一调谐管具有根据第一理想音调选取的直径，该第二调谐管具有与第一调谐管的直径不同的第二直径，该第二调谐管的直径根据第二理想音调选取；出口收集器，其包括与至少第一和第二调谐管流体连通的多个入口管道和与排气系统的出口流体连通的单个出口管道。入口收集器通过多个调谐管将排气流分开，以创建单独的音调，其中出口收集器结合分开的排气流以创建内燃机排气的理想声音。

附图说明

通过参考以下详细描述、所附权利要求和附图将更好地理解本公开的其他特征、方面和优点，其中元件是不按比例绘制的，以便更清楚地示出细节，其中相同的附图标记表示贯穿若干视图的相同元件，其中：

图1示出根据本公开的一个实施例的音色缩放排气系统的俯视图；

图2示出根据本公开的一个实施例的音色缩放排气系统的立体图；

图3示出根据本公开的一个实施例的多个调谐管的横截面视图；

图4和5示出根据本公开的一个实施例的音色缩放排气系统的侧视图；

图6示出根据本公开的一个实施例的音色缩放排气系统的截面侧视图；

图7示出根据本公开的一个实施例的音色缩放排气系统的俯视图；

图8示出根据本公开的一个实施例的音色缩放排气系统的立体图；

图9示出根据本公开的一个实施例的多个调谐管的横截面视图；

图10和11示出根据本公开的一个实施例的音色缩放排气系统的侧视图；

图12示出根据本公开的一个实施例的音色缩放排气系统的俯视图；

图13示出根据本公开的一个实施例的音色缩放排气系统的立体图；

图14示出根据本公开的一个实施例的多个调谐管的横截面视图；

图15和16示出根据本公开的一个实施例的音色缩放排气系统的侧视图；

图17示出根据本公开的一个实施例的入口收集器的横截面视图；

图18示出根据本公开的一个实施例的具有不同的直径的多个调谐管的横截面视图；以及图19和20示出根据本公开的一个实施例的收集器的横截面纵向视图。

具体实施方式

本文使用的各种术语旨在具有特定的意义。为了清楚起见，下面对其中的一些术语进行定义。下面给定的定义旨在覆盖定义的词语的所有形式(例如，单数、复数、现在时、过去时)。如果下面任何术语的定义与该术语的通常理解的和/或字典定义不同，则下面的定义可以控制。

提供一种音色缩放排气系统10，用于调谐来自内燃机的排气流并产生具有理想声音或音色的排气音调。本公开的音色缩放排气系统10包括多个调谐管，其与车辆上的排气系统连通以衰减任何不需要的排气声音并在不需要使用传统消声器结构的情况下产生总体理想的音色。

参考图1-5，音色缩放排气系统10包括管状排气管12。排气管12与内燃机的一个或多个排气口流体连通，从而从内燃机排出的热气从内燃机流进排气管12。排出的废气在进入排气管12之前，可以经过一个或多个其他排气系统部件(例如排气总管和Y形管)，以将来自内燃机的废气结合到单个排气管中。排气管12可以包括沿排气管12的长度的多个弯头。排气管12终止于排气尖端13，在该排气尖端处来自内燃机的排出的废气从排气系统10排出。

入口收集器14位于与排气管12流体连通处。入口收集器14具有单个入口管道16(图6)，该单个入口管道16在入口收集器14的第一端部18处与排气管12相邻并流体连通。入口收集器14延伸到第二端部20处。入口收集器的第二端部20包括在入口收集器14上形成的出口管道22。在一个实施例中，出口管道22分成与如下所述的调谐管对齐的多个出口管道22。多个出口管道22中每一个的直径都可能不同，如下面更详细地讨论的。入口收集器14成形，使得当从内燃机排出的废气通过入口管道16进入入口收集器14时，气体被分流并引导到多个出口管道22中。

参考图1-5，音色缩放排气系统10包括与入口收集器14的出口管道22流体连通的多个调谐管24。调谐管24优选为非穿孔的，并且为具有光滑内表面的空心。调谐管24与排气管12连通，并且每个调谐管24配置为通过将每个调谐管24形成为理想的直径、长度和形状来调谐排气系统的声音。调谐管24限定多个细长的调谐室，其平行于通过音色缩放排气系统10的排气流定向。限定在调谐管24中的调谐室接收沿音色缩放排气系统的长度传播的声波，并当声波从每个调谐管离开时衰减该声波以产生声波的理想音调，或从而根据结合离开多个调谐管24后的声波来衰减整个排气音调。调谐管24彼此平行定向并优选地相邻，从而调谐管24沿其长度彼此接触。

如图1-5所示，在一个实施例中，每个调谐管24可以具有实质上相等的直径和长度，根据由音色缩放排气系统10产生的理想声音确定该直径和长度。图7-11示出音色缩放排气系统10的另一实施例，其中多个调谐管24具有不同的长度。进一步地，调谐管24中弯头的直径可以变化以进一步产生理想音调。例如，图7-11的音色缩放排气系统10包括外调谐管26和内调谐管28。外调谐管26具有大于内调谐管28的长度，并且进一步具有大于内调谐管28的弯头直径。

现在参考图12-16，在一个实施例中，每个调谐管24具有相应于特定理想音调的直径。根据沿管道的长度衰减声波的已知方法可以确定调谐管24的理想音调。调谐管24可以各自具有不同于音色缩放排气系统10的其他调谐管24的特定直径。根据音色缩放排气系统10的每个调谐管24的取向，具有不同直径的调谐管24还可以包括不同的长度和弯头直径。如附图中所示，调谐管24可以在没有任何弯头的情况下从入口收集器14基本直线延伸到出口收集器34中。可选地，调谐管24可以包括在入口收集器14与出口收集器34之间沿调谐管24的长度的一个或多个弯头。

虽然上述描述和附图示出调谐管24基本上是圆柱形的，但还可以理解的是，调谐管可以形成各种其他合适的形状。例如，调谐管24可以具有矩形的横截面，或可以形成各种其他形状。

再次参考图1，调谐管24从相邻于入口收集器14的第一端部30延伸到相邻于出口收集器34的第二端部32。出口收集器34包括与每个调谐管24流体连通的多个入口管道36(图6)，用于接收来自调谐管24的废气流。出口收集器34进一步包括与入口管道36流体连通的出口管道38，从而来自调谐管24的流结合到离开出口收集器34的单个流中。出口收集器34的出口管道38附接到排气管14上，从而来自调谐管24的结合的排气和声波从排气系统的排气尖端13排出。

虽然入口收集器14和出口收集器34描述为在入口收集器14上具有多个出口管道22，和在出口收集器34上具有入口管道36，还应该理解而是，收集器14和34可以具有其他的各种形状，用于将排气流从单排气管分流到多个调谐管24中。例如，如图17所示，入口收集器14和出口收集器34可以包括这样的端部，其成形以符合多个调谐管24而不包括收集器14和34内的单独管道。收集器14和34可以形成为其他各种形状，其允许车辆的排气流分离进多个调谐管24并在穿过调谐管24之后，在通过排气尖端13排放之前重新连接。

优选地，入口收集器14、调谐管24和出口收集器34是裸露的，并不包括外壳或包封音色缩放排气系统10的其他结构。入口收集器14、调谐管24和出口收集器34一起限定音色缩放排气系统10的声学部分。在一个实施例中，入口收集器14、调谐管24和出口收集器34机械连接，例如通过焊接。在另一实施例中，入口收集器14、调谐管24和出口收集器34形成为单件，例如通过铸造音色缩放排气系统10的声学部分。在另一实施例中，包括调谐管24的音色缩放排气系统10的部分通过挤压(例如金属挤压)形成。

可以根据车辆的根音音调和要由每个调谐管24产生的理想音调与车辆的整体理想音调之间的关系来选取调谐管的尺寸和形状。例如，如果已知特定车辆的内燃机产生根音音调，这些根音音调包括某些不理想的特点，那么音色缩放排气系统10包括调谐管24，其大小和形状设定为改变内燃机的根音音调以产生整体理想音调。这个关系可以使用数学公式推导出以确定相对于理想音调的调谐管的合适直径和长度。可以使用沿主体衰减声波的已有方法计算调谐管24的合适尺寸(例如调谐管24的理想长度和直径)。

虽然图1-18示出具有四个调谐管24的音色缩放排气系统10，应该理解的是，并联调谐管24的各种配置可以基于声波的所需衰减来选定。例如，在一个实施例中，三个调谐管24可以在入口收集器14与出口收集器34之间形成。在另一实施例中，五个调谐管24可以位于入口收集器14与出口收集器34之间。

参考图19和20，在一个实施例中，收集器40包括围绕收集器40形成的多个凸起42A-42G。根据排气系统的理想音调，多个凸起42A-42G成形以容纳各种尺寸和配置的调谐管24。例如，如图9所示，调谐管24的尺寸设计成和定位在收集器40的凸起内，从而调谐管布置在四管配置中。如图20所示，相同的收集器40还可以接纳三管配置中的调谐管24，其中每个管道具有大于四管配置中的调谐管24的直径。凸起42A-42G优选地具有不同的直径，从而某些凸起可以接纳第一配置中的调谐管24，而其他凸起可以接纳第二配置中的调谐管。凸起42A-42G优选在入口收集器14的出口管道16和出口收集器34的入口管道36上形成。调谐管24优选固定在入口收集器14和出口收集器34的凸起42A-42G之间。

除诸如消声器的其他衰减设备之外，还可以进一步使用本公开的音色缩放排气系统10。例如，在一个实施例中，一个或多个声学部分可以位于消声器的上游，从而声波在进入消声器之前衰减。并且，多个声学部分可以彼此平行安装(例如双排气系统)，从而穿过第一声学部分的声波离开第一排气管，而穿过第二声学部分的声波离开第二排气管。

音色缩放排气系统10优选由钢构成，例如，抗腐蚀低碳钢或一致适合于车辆排气部件的其他类似材料。入口收集器14、调谐管24和出口收集器34中每一个可以通过焊接或机械紧固连接而成。虽然附图和上述描述考虑了音色缩放排气系统10的各种部件基本上是管状形状，但还应该理解的是，这些部件可以形成各种其他形状，例如，正方形、六边形、椭圆形或其他各种几何形状。

音色缩放排气系统10优选安装在车辆上，与车辆的排气管成直线，并在车辆的内燃机和排气总管的下游。音色缩放排气系统10可以安装为车辆的已有排气管的一部分，或可选地，可以安装为车辆的包括新排气管的新排气系统的一部分。

在操作中，废气和从内燃机排出的任何声波脉冲或冲击波进入并沿排气管14的长度。第一声音由废气和在排气管14中产生的声波脉冲产生。当声波到达入口收集器14时，该声波进入多个调谐管24中的每一个中。根据每个调谐管24的直径、长度和形状，排气的音色和水平调整到理想水平。排气在出口收集器34中重新组合并随后通过排气尖端13排出。

已经发现，将排气系统的频率和谐波分散和分解成较小的压缩区域产生了音高和谐以及排气系统的理想音调。根据调谐管的尺寸，进来的声波分流到单独调谐管中并衰减。当声波在出口收集器34中重新结合时，车辆排气的整体音调(note或tone)进一步衰减。

本公开的音色缩放排气系统有利地衰减内燃机排出的声音，以具有用户所需的整体音调。音色缩放排气系统可以预配置并装配有调谐管尺寸的各种组合，使得音色缩放排气系统易于安装在车辆上。音色缩放排气系统可以针对特定类型的车辆进行预配置。进一步地，可以提供音色缩放排气系统的多个变体以允许用户选取用户车辆的理想音调。

音色缩放排气系统有利地提供系统，用于改变并产生来自车辆内燃机的根音音调的理想音调。音色缩放排气系统可以产生来自单个排气根音音调的多个频率，其中多个频率组合以产生用户喜欢的整体声音，并减少或消除车辆内燃机的不需要的音调。音色缩放排气系统不仅可以修改车辆内燃机的音调，还可以产生减少的整体声音，从而车辆的声音水平与州和联邦法规相符。

音色缩放排气系统大大减少了汽车排气系统的重量，并使安装所需的空间与消声器或谐振器相比最小化。由于音色缩放排气系统的调谐管不需要外壳或其他结构以包围音色缩放排气系统，裸露的调谐管和收集器在车辆上产生用户期望的性能外观。最后，由于音色缩放排气系统不包括由废气吸收或以其他方式消耗的部件，音色缩放排气系统基本上是耐用的，并不会随着时间的推移迅速退化。

已经出于说明和描述的目的呈现了本公开的优选实施例的前述描述。描述的优选实施例不旨在穷举或将本公开的范围限制在所公开的一种或多种精确形式。根据以上教导，各种修改和改变都是可能的。选择和描述实施例是为了提供对本公开的原理及其实际应用的最佳说明，从而使得本领域普通技术人员能够在各种实施例中利用本公开中揭示的概念，并进行适合于预期的特定用途的各种修改。当根据它们公平、合法和公正地授权的宽度进行解释时，所有这些修改和变化都在由所附权利要求确定的本公开的范围内。

Claims (14)

1.一种音色缩放排气系统，包括：

入口收集器，包括在收集器的第一端部处与来自内燃机的排气流流体连通的入口管道和在收集器的第二端部处的出口管道；

多个非穿孔并联调谐管，其与入口收集器的多个出口管道流体连通，多个调谐管具有根据音色缩放排气系统的理想音调选取的长度和直径；

出口收集器，包括与至少第一和第二调谐管流体连通的入口管道和与排气系统的出口流体连通的出口管道；

其中，入口收集器通过多个调谐管将排气流分开，以创建单独的音调，其中出口收集器结合分开的排气流以创建内燃机排气的理想声音。

2.根据权利要求1所述的音色缩放排气系统，所述多个调谐管进一步包括：

具有根据第一理想音调选取的直径的至少第一调谐管，以及

具有与第一调谐管的直径不同的第二直径的至少第二调谐管，所述第二调谐管的直径根据第二理想音调选取。

3.根据权利要求2所述的音色缩放排气系统，其中所述第一调谐管具有第一长度，而所述第二调谐管具有大于第一调谐管的长度的第二长度。

4.根据权利要求1所述的音色缩放排气系统，进一步包括消声器，所述消声器位于入口收集器、调谐管和出口收集器的下游。

5.根据权利要求1所述的音色缩放排气系统，所述调谐管具有直径，使得一个调谐管的声波基本上抵消另一调谐管的声波噪声。

6.根据权利要求1所述的音色缩放排气系统，其中所述多个调谐管中的每一个裸露可见。

7.根据权利要求1所述的音色缩放排气系统，其中所述入口收集器、调谐管和出口收集器通过挤压和锻造中的一个形成为单件。

8.根据权利要求1所述的音色缩放排气系统，其中所述调谐管具有在1"与1.5"之间的直径。

9.根据权利要求8所述的音色缩放排气系统，其中所述调谐管具有从约1"到约8"的长度。

10.根据权利要求1所述的音色缩放排气系统，其中所述调谐管包括3到5个并联调谐管。

11.根据权利要求1所述的音色缩放排气系统，进一步包括围绕入口收集器的出口管道和出口收集器的入口管道形成的多个凸起，所述多个凸起成形以容纳调谐管。

12.根据权利要求1所述的音色缩放排气系统，其中凸起适用于容纳第一配置中的第一数量的调谐管，并进一步适用于容纳第二配置中的第二数量的调谐管。

13.一种音色缩放的内燃机排气系统，包括：

入口收集器，包括在收集器的第一端部处与来自内燃机的排气流流体连通的单个入口管道和在收集器的第二端部处的出口管道；

与入口收集器的多个出口管道流体连通的多个非穿孔并联调谐管，其包括

具有根据第一理想音调选取的直径的至少第一调谐管，以及

具有与第一调谐管的直径不同的第二直径的至少第二调谐管，所述第二调谐管的直径根据第二理想音调选取；

出口收集器，包括与至少第一和第二调谐管流体连通的多个入口管道和与排气系统的出口流体连通的单个出口管道；

其中，所述入口收集器通过多个调谐管将排气流分开，以创建单独的音调，其中出口收集器结合分开的排气流以创建内燃机排气的理想声音。

14.一种音色缩放的内燃机排气系统，包括：

入口收集器，包括在收集器的第一端部处与来自内燃机的排气流流体连通的单个入口管道和在收集器的第二端部处的出口管道；

与入口收集器的多个出口管道流体连通的多个非穿孔并联调谐管，包括

具有根据第一理想音调选取的直径的至少第一调谐管，以及

具有与第一调谐管的直径不同的第二直径的至少第二调谐管，所述第二调谐管的直径根据第二理想音调选取；

出口收集器，包括与至少第一和第二调谐管流体连通的多个入口管道和与排气系统的出口流体连通的单个出口管道；

其中，所述入口收集器通过多个调谐管将排气流分开，以创建单独的音调，其中出口收集器结合分开的排气流以创建内燃机排气的理想声音。