CN109882266B - 一种工程机械排气声品质提升的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工程机械发动机排气声品质提升的装置，包括设置在管内壁上的定频调声装置和变频调声装置；定频调声装置包括直径较管内壁收缩的喉口和设置在喉口上的振膜；变频调声装置包括可转动的叶轮；变频调声装装置固定于管内通过的气流方向定频调声装置的后方，使气流先经过定频调声装置后再经过变频调声装置。本发明利用气流冲击仿声带的振膜结构产生固定频率的中频声，提高排气声的中频声占比，利用气流带动叶轮转动，叶片切割气流产生与气流流速相关的变频的宽频声。根据主机排气声和用户需求确定优化目标，调节仿声带振膜固定频率和风轮叶片数，调节发声频率，实现在低压阻条件下，排气声品质的明显改善。
Description
技术领域
本发明属于声学技术领域，涉及一种工程机械排气声品质提升的装置。
背景技术
工程机械的主要噪声来源于发动机，而发动机的主要噪声又是排气噪声，它往往比发动机其他噪声高出10-15dB(A)左右，可见降低汽车噪声和改进汽车声音品质的一个重要途径就是如何控制排气噪声的排放。同时排气系统作为现代工程车辆内燃机的一个重要组成，其性能不仅决定着污染物及气动噪声的排放量，对发动机的压力损失也有非常大的影响，因此如何对排气系统进行有效的设计，使其与发动机进行合理匹配，就成为现代工程车辆节能与净化的关键技术之一。目前，传统排气声学匹配开发主要根据客户要求，对怠速及最高转速总声压级噪声和阶次噪声进行把控，不能有明显异响及车内噪声产生明显影响。很少考虑整车及排气声品质问题。
传统排气匹配开发的目的是排气噪声越低越好，最好排气噪声对车内不要产生影响。而声品质定义为听觉事件对个人各方面需求的满足程度，希望声音比较悦耳的同时，还能反馈发动机的动力性能及整车品牌定位。而实际上车内外声品质主观评价分数与其噪声幅值大小不存在明显正相关，而与中频噪声组成及其所占比重密切相关。
现有排气噪声控制是在管路中或管口处安装消声器，能够允许气流通过，又能有效降低管道内噪声传播。消声器主要基于气流通过路径上固定纤维或多孔吸声材料，利用吸声材料对声波的摩擦和阻尼作用将通道内传播的声能转化为热能，从而达到消声的目的，或者基于横截面积不连续使得管道内传播的声波产生阻抗失配，从而导致部分声波反射回声源或在消声器内来回反射，阻碍声波能量向下游传播。
现有技术利用排气消声器控制排气噪声，主要目的在于降低排气噪声的能量。随着研究手段的不断更新，消声器也不断改进，排气噪声的声压级大小已经能够被控制在要求的范围内。随着用户更多地关注主观感受，声品质成为判断排气声好坏的重要依据。由于在设计阶段就没有引入对声品质的评价，传统的排气消声器的排气声品质往往无法满足用户的需求。
发明内容
针对以上缺陷与不足，本发明提供一种工程机械排气声品质提升的装置，主要设计声品质提升装置的工作原理、结构形式以及声品质提升的调节方法，可以产生定频的中频声，也可以产生变频的宽频气动声，改变排气声的频率结构。本发明中的定频调声装置可以产生固定频率的中频声，提高排气声的中频声占比，变频调声装置可以产生根据气流速度变化的变频率的宽频声，改变排气声的频率结构，模拟发动机转速升高声音频率的变化规律。本发明可以通过原有排气系统中加装该装置，改变排气声频率结构，提升排气声品质，具有成本低、可靠性高的特点，可以大幅提升发动机及其车辆产品的竞争力。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种工程机械排气声品质提升的装置，其特征是，包括设置在管内壁上的定频调声装置和变频调声装置；
定频调声装置包括直径较管内壁收缩的喉口和设置在喉口上的振膜；
变频调声装置包括可转动的叶轮；
变频调声装装置固定于管内通过的气流方向定频调声装置的后方，使气流先经过定频调声装置后再经过变频调声装置。
进一步地，定频调声装置和变频调声装置固定于排气消声器的出口管或进口管的管内壁上。
进一步地，所述喉口为变径管。
进一步地，所述振膜设置在喉口的直径最小处。
进一步地，所述振膜的数量为1个或多个。
进一步地，所述振膜的数量为多个时，多个振膜的固有频率不同。
进一步地，所述振膜为耐高温材料。
进一步地，所述叶轮的设置方向为适于切割管内壁中通过的气流。
进一步地，所述振膜由振膜支架支撑设置在喉口上。
进一步地，所述叶轮由固定在管内壁上的叶轮支架支撑。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明中的排气声声品质提升装置可以产生定频的中频声，提高排气声中的中频声占比，随气流流速的增加，中频声的幅值变大。
2.本发明中的排气声品质提升装置可以产生变频的宽频声，改变排气声的频率结构。随着气流流速的增加，叶轮转速增加，旋转噪声的频率增加，紊流噪声的频率范围也随着变化，改变排气声的频率结果，模拟发动机转速升高声源频率的变化规律。
3.本发明中的排气声品质提升装置，结构简单，可以在原有消声器的基础上，在管路上安装，方便快捷，可靠性高。
4.本发明中的排气声品质提升装置，具有喉口结构，可以增大通道喉口气流的流速。
附图说明
图1是本发明排气消声器外形图；
图2是本发明排气消声器出口管剖面图；
图3是本发明变频调声装置俯视图；
图4是本发明定频调声装置俯视图；
1、排气消声器出口管 ；2、排气消声器主体； 3、排气消声器进口管；4-1、叶轮； 4-2、叶轮支架； 5-1、喉口； 5-2、第一振膜；5-3、第二振膜；5-4、振膜支架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1至图4所示，本发明的工程机械排气声品质提升装置，其结构主要包括定频调声装置和变频调声装置，可固定于排气消声器的出口管或进口管，本实施例中以固定于排气消声器出口管1上为例进行说明。
定频调声装置包含喉口5-1、第一振膜5-2、第二振膜5-3及振膜支架5-4。喉口5-1为设置在排气消声器出口管1上的一段直径收缩的圆弧型变径圆管，可以提高排气气流速度。2个振膜固定在振膜支架5-4上，安装在喉口的直径最小处。第一振膜5-2与第二振膜5-3均为耐高温材料，固有频率不同，在气流的作用下可以产生两种频率的声音。
在其他实施方式中，喉口也可以是其他横截面积收缩的管结构。
在其他实施方式中，振膜结构的数量可以是1个，也可以多个，不局限于本实施例中的左右对称布置的2个。
变频调声装置包含叶轮4-1及用于固定叶轮4-1的叶轮支架4-2。叶轮4-1转速随气流流速增加而增加，叶轮4-1发声的变频可以模拟发动机转速升高的声音频率变化规律，还可以通过增减叶轮的叶片数调节变频调声装置的声学特征。
叶轮的材料可以是金属，也可以是耐高温的其他材料。
变频调声装装置固定于定频调声装置的喉口5-1结构的气流方向后方，使气流先经过定频调声装置设后再经过变频调声装置，可以提供固定频率的声源和随气流流速变化的变频率的声源。
实施原理：排气气流流经喉口5-1处时，由于管道直径变小，气流流速增大，气流吹动第一振膜5-2及第二振膜5-3振动发声，第一振膜5-2与第二振膜5-3的固有频率不同。气流流速越大，第一振膜5-2及第二振膜5-3的振动幅值越大，振膜振动发声的声压越大。排气气流流经喉口5-1后，管路中间区域的气流仍具有较大的风速，吹动固定在叶轮支架4-2上的叶轮4-1转动，叶轮4-2叶片切割气流产生窄频带的旋转噪声和宽频带的紊流噪声，叶轮发声频率与气流流速正相关，即与发动机转速正相关。根据确定的排气声品质优化目标，通过调节振膜的固有频率和叶轮叶片数，优化发声频率，改善排气声品质，达到排气声设计要求。
本发明的声品质提升装置不仅可以应用于发动机排气系统，还可以应用于其他类似的风机系统。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种工程机械排气声品质提升的装置，其特征是，包括设置在管内壁上的定频调声装置和变频调声装置；
定频调声装置包括直径较管内壁收缩的喉口和设置在喉口上的振膜；
变频调声装置包括可转动的叶轮；所述叶轮的设置方向为适于切割管内壁中通过的气流；叶轮转速随气流流速增加而增加，叶轮发声的变频模拟发动机转速升高的声音频率变化规律；
变频调声装置固定于管内通过的气流方向定频调声装置的后方，使气流先经过定频调声装置后再经过变频调声装置。
2.根据权利要求1所述的一种工程机械排气声品质提升的装置，其特征是，定频调声装置和变频调声装置固定于排气消声器的出口管或进口管的管内壁上。
3.根据权利要求1所述的一种工程机械排气声品质提升的装置，其特征是，所述喉口为变径管。
4.根据权利要求1所述的一种工程机械排气声品质提升的装置，其特征是，所述振膜设置在喉口的直径最小处。
5.根据权利要求1所述的一种工程机械排气声品质提升的装置，其特征是，所述振膜的数量为1个或多个。
6.根据权利要求1所述的一种工程机械排气声品质提升的装置，其特征是，所述振膜的数量为多个时，多个振膜的固有频率不同。
7.根据权利要求1所述的一种工程机械排气声品质提升的装置，其特征是，所述振膜为耐高温材料。
8.根据权利要求1所述的一种工程机械排气声品质提升的装置，其特征是，所述振膜由振膜支架支撑设置在喉口上。
9.根据权利要求1所述的一种工程机械排气声品质提升的装置，其特征是，所述叶轮由固定在管内壁上的叶轮支架支撑。
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