CN110439653B - 一种车用发动机的双频可调赫姆霍兹消声腔体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用发动机的双频可调赫姆霍兹消声腔体，包括套装在穿孔管外侧的旋转套管，套装在旋转套管外侧并与旋转套管偏心设置的外管，旋转套管、外管以及外管前端盖、后端盖之间形成偏心环形腔；穿孔管、旋转套管中部设有相对应的孔，旋转套管外圆表面设有两个叶片槽，叶片槽沿轴向延伸至旋转套管两端，每个叶片槽内设有一个伸缩叶片，两个伸缩叶片之间形成夹角θ，通过两个伸缩叶片将偏心环形腔分隔成锐角环形腔和钝角环形腔，容积调整装置与旋转套管相连，通过容积调整装置带动旋转套管转动，改变锐角环形腔、钝角环形腔大小，实现消声器消声频率的可调。本发明结构简单，容积调整结构的惯性小，响应快，覆盖工况广。

Description

一种车用发动机的双频可调赫姆霍兹消声腔体
技术领域
本发明涉及消声降噪装置，尤其是一种适用于车用发动机的双频可调赫姆霍兹消声腔体。
背景技术
穿孔管作为微穿孔板消声的一种典型结构，在车辆进气和排气系统中应用广泛，但其固定容积和确定的穿孔率，只能针对某特定频段起主要消声作用，即适用的转速和负荷条件有限。
中国专利CN103486394A一种穿孔段长度可变的可调频微穿孔管消声器，其主要根据旋转机械的转速，基于可调整的穿孔管长度，同时调整轴向的共振容积，实现消声器消声频率的可调，其频率变化不是线性的。在所需要容积较小时，结构存在空间浪费；当速度变化范围大、速度变化频次高，即所需要容积变化率较大时，结构的往复惯性引起的轴向运动瞬态响应特性较差。同时，电机控制器只依据转速信号进行频率调整也存在局限性，发动机在转速一定，不同负荷的工况下，所表现噪声峰值的频率并不一致。
因此，提出一种结构简单，容积调整结构的惯性小，响应快，覆盖工况广的可调频消声腔体显得更为必要。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种车用发动机的双频可调赫姆霍兹消声腔体，其容积调整结构的惯性小，响应快，覆盖发动机工况范围广。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：一种车用发动机的双频可调赫姆霍兹消声腔体，包括穿孔管、外管、伸缩叶片、前端盖、后端盖、旋转套管、容积调整装置；
旋转套管套装在穿孔管外侧，旋转套管内径与穿孔管外径相匹配，外管套装在旋转套管外侧并与旋转套管偏心设置，前端盖设置在外管一端，后端盖设置在外管另一端，旋转套管、外管、前端盖、后端盖之间形成偏心环形腔；
穿孔管中部设有直通孔一，旋转套管中部设有与直通孔一相对应的直通孔二，旋转套管外圆表面设有两个叶片槽，叶片槽沿轴向延伸至旋转套管两端，每个叶片槽内设有一个伸缩叶片，两个伸缩叶片之间形成夹角θ，通过两个伸缩叶片将旋转套管、外管、前端盖、后端盖之间形成的偏心环形腔分隔成锐角环形腔和钝角环形腔，叶片槽、伸缩叶片的两端设有阶梯卡槽，前端盖、后端盖的内侧设有环形凸起，该环形凸起呈偏心环状，环形凸起的内圆与旋转套管同轴心并且与叶片槽的阶梯卡槽配合，环形凸起的外圆与外管同轴心并且与伸缩叶片的阶梯卡槽配合；
容积调整装置与旋转套管相连，通过容积调整装置带动旋转套管转动，在旋转套管转动过程中，通过环形凸起的外圆与伸缩叶片的阶梯卡槽配合，使伸缩叶片在叶片槽中沿旋转套管的径向滑动，并且伸缩叶片与外管内壁保持贴合状态。
进一步的，所述旋转套管与外管的偏心距e、两个伸缩叶片的夹角θ、外管的内径R存在如下关系：
θ＝2(101.2+2.429e-0.1747R-0.01465e2-0.007984eR)±2。
进一步的，所述直通孔一在穿孔管上的布置形式为：在由两段半周期正弦曲线围成的包络区域内均匀分布，半周期正弦曲线峰值点与外管径向距离最近；所述直通孔二在旋转套管上的布置形式为矩形阵列排布。
进一步的，所述直通孔一的孔径为0.5～2mm，直通孔一总面积与穿孔管总面积比值小于等于5％；直通孔二的孔径与直通孔一的孔径一致。
进一步的，所述穿孔管的中部位置设有限位环，所述旋转套管设有与限位环相匹配的限位卡槽。
进一步的，所述容积调整装置包括齿轮轴、电机、电机控制器、链条，电机控制器获得发动机转速与负荷信号，确定需要的消声频率，电机控制器信号输出端与电机信号输入端相连，电机输出轴与齿轮轴相连，齿轮轴与链条一端啮合，链条另一端与设置在旋转套管端部的端面齿轮啮合。
本发明与现有技术相比，具有以下显著的进步：
(1)结构简单，容积调整结构的惯性小，响应快；
(3)消声腔体同时具备两个可调容积，同时实现高频和低频的双频共振消声，覆盖频率范围宽；
(2)消声腔体的容积采用径向容积变化，配合穿孔率变化，实现消声频率的线性调整；
(4)一种可变容积的赫姆霍兹消声腔体，电机控制器采集转速和负荷(节气门开度)信号，确定需要消声频率，进而调整容积位置确定共振频率，结构使用合理且覆盖工况广。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图(省略外管)；
图2为本发明的剖面结构示意图；
图3为穿孔管的结构示意图；
图4为穿孔管的侧面展开图；
图5为旋转套管的结构示意图；
图6为伸缩叶片的结构示意图；
图7锐角环形腔和钝角环形腔随旋转套管转动变化示意图一；
图8锐角环形腔和钝角环形腔随旋转套管转动变化示意图二；
图中：1-穿孔管；1-1-直通孔一；2-外管；3-伸缩叶片；4-前端盖；5-后端盖；6-旋转套管；6-1-直通孔二；7-叶片槽；8-环形凸起；9-阶梯卡槽；10-端面齿轮；11-齿轮轴；12-限位环；13-限位卡槽；14-电机；15-电机控制器；16-链条；17-锐角环形腔；18-钝角环形腔；A-半周期正弦曲线的峰值点；B-半周期正弦曲线的最低点。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1和2所示，本发明的一种车用发动机的双频可调赫姆霍兹消声腔体，包括穿孔管1、外管2、伸缩叶片3、前端盖4、后端盖5、旋转套管6、容积调整装置。
旋转套管6套装在穿孔管1外侧，旋转套管6内径与穿孔管1外径相匹配，外管2套装在旋转套管6外侧并与旋转套管6偏心设置，前端盖4设置在外管2一端，后端盖5设置在外管2另一端，旋转套管6、外管2、前端盖4、后端盖5之间形成偏心环形腔。
如图3和5所示，穿孔管1中部设有直通孔一1-1，转套管6中部设有与直通孔一1-1相对应的直通孔二6-1。
为了保证安装精度，避免旋转套管6转动过程中，旋转套管6与穿孔管1产生轴向位移，所述穿孔管1的中间位置设有限位环12，所述旋转套管6设有与限位环12相匹配的限位卡槽13。
如图2、5、6所示，旋转套管6外圆表面设有两个叶片槽7，叶片槽7沿轴向延伸至旋转套管6两端，每个叶片槽7内设有一个伸缩叶片3，两个伸缩叶片3之间形成夹角θ，通过两个伸缩叶片3将旋转套管6、外管2、前端盖4、后端盖5之间形成的偏心环形腔分隔成锐角环形腔17和钝角环形腔18，叶片槽7、伸缩叶片3的两端设有阶梯卡槽9，前端盖4、后端盖5的内侧设有环形凸起8，该环形凸起8呈偏心环状，环形凸起8的内圆与旋转套管6同轴心并且与叶片槽7的阶梯卡槽9配合，环形凸起8的外圆与外管2同轴心并且与伸缩叶片3的阶梯卡槽9配合。
如图1所示，所述容积调整装置包括齿轮轴11、电机14、电机控制器15、链条16，电机控制器15获得发动机转速与负荷信号，确定需要的消声频率，电机控制器15信号输出端与电机14信号输入端相连，电机14输出轴与齿轮轴11相连，齿轮轴11与链条16一端啮合，链条16另一端与设置在旋转套管6端部的端面齿轮10啮合。
容积调整装置与旋转套管6相连，通过容积调整装置带动旋转套管6转动，在旋转套管6转动过程中，通过环形凸起8的外圆与伸缩叶片3的阶梯卡槽9配合，使伸缩叶片3在叶片槽7中沿旋转套管6的径向滑动，并且伸缩叶片3与外管2内壁保持贴合状态。
如图7和8所示，该车用发动机的双频可调赫姆霍兹消声腔体的容积调节方法，通过改变锐角环形腔17、钝角环形腔18大小，实现消声器消声频率的可调。具体的，电机控制器15获得发动机转速与负荷信号，确定需要的消声频率，驱动电机14带动齿轮轴11，齿轮轴11带动端面齿轮10旋转，端面齿轮10为旋转套管6的一部分，进而旋转套管带动伸缩叶片3在前端盖4、后端盖5的环形凸起8上沿旋转套管6的叶片槽7在穿孔管1的径向方向运动，使旋转套管6、伸缩叶片3、前端盖4、后端盖5、外管2形成所需要的锐角环形腔17、钝角环形腔18大小。在旋转套管6在转动过程中，锐角环形腔17容积从最小容积Vθmin至最大容积Vθmax变化、钝角环形腔18容积从最小容积V(2π-θ)min至最大容积V(2π-θ)max变化。
本实施例中，优选的，所述旋转套管6与外管2的偏心距e、两个伸缩叶片3的夹角θ、外管2的内径R存在如下关系：
θ＝2(101.2+2.429e-0.1747R-0.01465e2-0.007984eR)±2。
基于上述关系式，Vθmax＝V(2π-θ)min，由于是偏心结构，即Vθmin-Vθmax-V(2π-θ)min-V(2π-θ)max容积变化是连续的。
如图3、4、5、7所示，本实施例中，进一步优选的，所述直通孔一1-1在穿孔管1上的布置形式为：在由两段半周期正弦曲线围成的包络区域内均匀分布，半周期正弦曲线的峰值点A与外管2径向距离最近，两段半周期正弦曲线的最低点B重合。直通孔一1-1的孔径为0.5～2mm，直通孔一1-1总面积与穿孔管1总面积比值小于等于5％；所述直通孔二6-1在旋转套管6上的布置形式为矩形阵列排布，直通孔二6-1的孔径与直通孔一1-1的孔径一致。
基于上述结构，在旋转套管6在转动过程中，不仅可以改变锐角环形腔17、钝角环形腔18大小，还可以同步调节锐角环形腔17、钝角环形腔18的穿孔率，即调节锐角环形腔17、钝角环形腔18对应位置的穿孔管1与旋转套管6重合孔的数量。
如图3、4、7所述，当旋转套管6转动至图7所示位置时，锐角环形腔17的穿孔率最大，钝角环形腔18的穿孔率最小。
如图3、4、8所述，当旋转套管6转动至图8所示位置时，锐角环形腔17的穿孔率最小，钝角环形腔18的穿孔率最大。
基于此，通过消声腔体的径向容积变化，配合穿孔率变化，进而实现消声频率的线性调整。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种车用发动机的双频可调赫姆霍兹消声腔体，其特征在于：包括穿孔管(1)、外管(2)、伸缩叶片(3)、前端盖(4)、后端盖(5)、旋转套管(6)、容积调整装置；
旋转套管(6)套装在穿孔管(1)外侧，旋转套管(6)内径与穿孔管(1)外径相匹配，外管(2)套装在旋转套管(6)外侧并与旋转套管(6)偏心设置，前端盖(4)设置在外管(2)一端，后端盖(5)设置在外管(2)另一端，旋转套管(6)、外管(2)、前端盖(4)、后端盖(5)之间形成偏心环形腔；
穿孔管(1)中部设有直通孔一(1-1)，旋转套管(6)中部设有与直通孔一(1-1)相对应的直通孔二(6-1)，旋转套管(6)外圆表面设有两个叶片槽(7)，叶片槽(7)沿轴向延伸至旋转套管(6)两端，每个叶片槽(7)内设有一个伸缩叶片(3)，两个伸缩叶片(3)之间形成夹角θ，通过两个伸缩叶片(3)将旋转套管(6)、外管(2)、前端盖(4)、后端盖(5)之间形成的偏心环形腔分隔成锐角环形腔(17)和钝角环形腔(18)，叶片槽(7)、伸缩叶片(3)的两端设有阶梯卡槽(9)，前端盖(4)、后端盖(5)的内侧设有环形凸起(8)，该环形凸起(8)呈偏心环状，环形凸起(8)的内圆与旋转套管(6)同轴心并且与叶片槽(7)的阶梯卡槽(9)配合，环形凸起(8)的外圆与外管(2)同轴心并且与伸缩叶片(3)的阶梯卡槽(9)配合；
容积调整装置与旋转套管(6)相连，通过容积调整装置带动旋转套管(6)转动，在旋转套管(6)转动过程中，通过环形凸起(8)的外圆与伸缩叶片(3)的阶梯卡槽(9)配合，使伸缩叶片(3)在叶片槽(7)中沿旋转套管(6)的径向滑动，并且伸缩叶片(3)与外管(2)内壁保持贴合状态。
2.根据权利要求1所述的一种车用发动机的双频可调赫姆霍兹消声腔体，其特征在于：所述旋转套管(6)与外管(2)的偏心距e、两个伸缩叶片(3)的夹角θ、外管(2)的内径R存在如下关系：
θ＝2(101.2+2.429e-0.1747R-0.01465e2-0.007984eR)±2。
3.根据权利要求1或2所述的一种车用发动机的双频可调赫姆霍兹消声腔体，其特征在于，所述直通孔一(1-1)在穿孔管(1)上的布置形式为：在由两段半周期正弦曲线围成的包络区域内均匀分布，半周期正弦曲线的峰值点(A)与外管(2)径向距离最近；所述直通孔二(6-1)在旋转套管(6)上的布置形式为矩形阵列排布。
4.根据权利要求3所述的一种车用发动机的双频可调赫姆霍兹消声腔体，其特征在于：所述直通孔一(1-1)的孔径为0.5～2mm，直通孔一总面积与穿孔管(1)总面积比值小于等于5％；直通孔二(6-1)的孔径与直通孔一(1-1)的孔径一致。
5.根据权利要求1所述的一种车用发动机的双频可调赫姆霍兹消声腔体，其特征在于：所述穿孔管(1)的中部位置设有限位环(12)，所述旋转套管(6)设有与限位环(12)相匹配的限位卡槽(13)。
6.根据权利要求1所述的一种车用发动机的双频可调赫姆霍兹消声腔体，其特征在于：所述容积调整装置包括齿轮轴(11)、电机(14)、电机控制器(15)、链条(16)，电机控制器(15)获得发动机转速与负荷信号，确定需要的消声频率，电机控制器(15)信号输出端与电机(14)信号输入端相连，电机(14)输出轴与齿轮轴(11)相连，齿轮轴(11)与链条(16)一端啮合，链条(16)另一端与设置在旋转套管(6)端部的端面齿轮(10)啮合。
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