CN114555922B - 消声器 - Google Patents

Abstract

一种消声器包括第一管，该第一管限定了用于接收排气的第一入口和第一出口。消声器包括限定了调谐室的壳体。消声器包括第二管，该第二管至少部分地接纳在第一管内。进一步地，第二管限定了第二入口和第二出口，该第二入口设置在第一管内，该第二出口设置成与调谐室流体连通。消声器进一步包括用于从消声器排放排气的消声器出口。此外，第一管和第二管在它们之间限定了环形通道。环形通道设置成与第一管的第一出口和消声器出口流体连通。

Description

消声器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年10月18日提交的美国专利申请号16/657,150的优先权和权益，该申请通过援引以其全文并入本文。

技术领域

本披露涉及一种车辆排气系统。更具体地，本披露涉及车辆排气系统的消声器。

背景技术

车辆排气系统将由内燃发动机产生的排气引导到外部环境。排气系统可以包括各种部件，比如管、转换器、催化器、过滤器等。在排气系统的操作期间，由于共振频率，部件会产生不期望的噪声。在各种应用中采用了不同的方法来解决这个问题。

例如，比如调谐室、阀等部件已经结合到排气系统中，以衰减由排气系统产生的某些共振频率。然而，这种附加的部件是昂贵的，并且增加了排气系统的重量。此外，在排气系统中增加新的部件会引入新的不期望的噪声源。

一种众所周知的声音衰减方法是在消声器中使用调谐室来降低排气噪声水平。然而，这样的常规的调谐室可能会增加消声器的设计复杂性和尺寸。进一步地，常规的调谐室可能不能有效地衰减某些频率的噪声，比如低频噪声。

因此，对于这样的应用，需要用于车辆排气系统的改进的消声器。

发明内容

在本披露的一方面，消声器包括第一管，该第一管限定了用于接收排气的第一入口和第一出口。消声器包括限定了调谐室的壳体。消声器包括第二管，该第二管至少部分地接纳在第一管内。进一步地，第二管限定了第二入口和第二出口，该第二入口设置在第一管内，该第二出口设置成与调谐室流体连通。消声器包括消声器出口，该消声器出口用于从消声器排出排气。此外，第一管和第二管在它们之间限定了环形通道。环形通道设置成与第一管的第一出口和消声器出口流体连通。

在本披露的另一方面，消声器包括壳体和设置在壳体内的第一分隔壁。第一分隔壁和壳体在它们之间限定了第一调谐室。消声器进一步包括第二分隔壁，该第二分隔壁设置在壳体内并且与第一分隔壁间隔开。第二分隔壁和壳体在它们之间限定了第二调谐室。第一分隔壁、第二分隔壁和壳体限定了设置在第一调谐室与第二调谐室之间的膨胀室。消声器包括第一管，该第一管至少部分地接纳在壳体内。第一管限定了第一入口和第一出口，该第一入口用于接收排气，该第一出口设置成与膨胀室流体连通。消声器包括第二管，该第二管至少部分地接纳在第一管内。第二管限定了第二入口和第二出口，该第二入口设置在第一管内，该第二出口设置成与第一调谐室流体连通。消声器进一步包括第三管，该第三管限定了第三入口和消声器出口，该第三入口与膨胀室流体连通，该消声器出口用于从壳体排出排气。第一管和第二管在它们之间限定了环形通道。环形通道设置成与第一出口流体连通，并且允许排气从中流过。

在本披露的还一方面，消声器包括壳体和设置在壳体内的第一分隔壁。第一分隔壁和壳体在它们之间限定了第一调谐室。消声器进一步包括第二分隔壁，该第二分隔壁设置在壳体内并且与第一分隔壁间隔开。第二分隔壁和壳体在它们之间限定了第二调谐室。第一分隔壁、第二分隔壁和壳体限定了设置在第一调谐室与第二调谐室之间的膨胀室。消声器进一步包括第一管，该第一管至少部分地接纳在壳体内。第一管限定了第一入口和第一出口，该第一入口用于接收排气，该第一出口设置成与膨胀室流体连通。第一管延伸穿过第一分隔壁，并且第二管至少部分地接纳在第一管内。第二管限定了第二入口和第二出口，该第二入口设置在第一管内，该第二出口设置成与第一调谐室流体连通。第二管延伸穿过第二分隔壁。消声器进一步包括第三管，该第三管限定了第三入口和消声器出口，该第三入口与膨胀室流体连通，该消声器出口用于从壳体排出排气。第三管延伸穿过第一分隔壁、第二分隔壁和壳体。消声器包括第四管，该第四管将第一调谐室与第二调谐室流体地连通。第四管延伸穿过第一分隔壁和第二分隔壁。第一管和第二管在它们之间限定了环形通道。环形通道设置成与第一出口流体连通，并且允许排气从中流过。

从以下提供的详细描述中，本发明的进一步适用领域将变得清楚。应当理解，这些详细描述和具体示例虽然表明了本发明的优选实施例，但是仅出于说明的目的而不旨在限制本发明的范围。

附图说明

图1是根据本披露的一方面的车辆排气系统的示意性表示；

图2是根据本披露的一方面的图1的车辆排气系统的消声器的示意性截面图；

图3是根据本披露的另一方面的图1的车辆排气系统的消声器的立体图；

图4是根据本披露的一方面的图3的消声器的内部的立体图；以及

图5是根据本披露的一方面的图4的消声器的截面图。

具体实施方式

以下对该或这些优选实施例的说明在本质上仅是示例性的而决非旨在限制本发明、其应用、或用途。现在参考附图，其中相同的附图标记在若干视图中表示相同或相应的部件，在图1中示出。参考图1，展示了车辆排气系统100的示意性表示。车辆排气系统100在下文中将可互换地称为“系统100”。系统100流体地联接到发动机102。发动机102可以是由燃料(比如柴油、汽油、天然气和/或它们的组合)供以动力的任何内燃发动机。相应地，系统100接收由发动机102产生的排气。

系统100包括流体地联接到发动机102的多个下游排气部件104。排气部件104可以包括多个系统/部件(未示出)，比如柴油氧化催化器(DOC)、柴油排气流体(DEF)单元、选择性催化还原(SCR)单元、颗粒过滤器、排气管、主动阀、被动阀、排气热回收系统(EGHR)等。排气部件104可以基于应用要求和/或可用包装空间以各种不同构型和组合安装。排气部件104被适配成接收来自发动机102的排气，并且经由尾管106将排气引导到外部大气。排气部件104被适配成减少排放和控制噪声，并且还可以用于热管理。

在另一实施例中，发动机102可以是混合动力系统的一部分，即，发动机102可以与电动马达和电池操作性地联接。进一步地，系统100的排气部件104可以仅在发动机102燃烧燃料时可操作，而在发动机102不运行时不可操作。

系统100还包括声学阻尼构件，比如消声器108。消声器108设置成与排气部件104和尾管106流体连通。在展示的实施例中，消声器108设置在排气部件104的下游并且在尾管106的上游。在其他实施例中，基于应用要求，消声器108可以相对于排气部件104中的每一个排气部件和/或尾管106以任何顺序设置。消声器108被适配成抑制发动机102和系统100操作期间产生的共振频率。

图2展示了根据本披露的一方面的消声器108的第一管210和第二管220。消声器108包括第一管210，该第一管限定了用于接收排气的第一入口212和第一出口214。第一入口212流体地联接到排气部件104(如图1所示)。消声器108包括限定了调谐室260(替代性地，第一调谐室260)的壳体200。在一些实施例中，调谐室260是封闭的室。消声器108包括至少部分地接纳在第一管210内的第二管220。第一管210和第二管220在重叠距离D上彼此重叠。进一步地，第二管220限定了第二入口222和第二出口224，该第二入口设置在第一管210内，该第二出口设置成与调谐室260流体连通。消声器108包括用于从消声器108排放排气的消声器出口270(替代性地，第三出口270)。图2仅展示了消声器出口270的示意性表示，而图4表示消声器出口270的优选表示。消声器出口270流体地联接到尾管106(图1所示)，用于排出排气流240。此外，第一管210和第二管220在它们之间限定了环形通道230。进一步地，环形通道230设置成与第一管210的第一出口214和消声器出口270流体连通。

如图2所示，第一管210具有直径D1，并且第二管220具有直径D2。第一管210的直径D1大于第二管220的直径D2，使得存在穿过第一管210与第二管220之间的环形通道230的期望的排气流240。第一管210的直径D1与第二管220的直径D2之间的差异可以取决于多个因素，比如期望的背压降低、频率范围的衰减水平、制造可行性、包装间隙、耐久性要求、模态要求或与系统100(图1所示)相关的任何其他因素。背压可以是取决于穿过消声器108的排气240的质量流速。在各种情况下，质量流速可以是发动机流量的100％或发动机流量的一定百分比，比如50％。在一些实施例中，第一管210的直径D1可以是大约55mm。进一步地，第二管220的直径D2可以是大约45mm。进一步地，第二管220的厚度和长度可以分别为大约1.2mm和145mm。

第一管210和第二管220总体上被展示为圆柱形直管，然而一些实施例可以具有任何其他形状或布置的第一管210和第二管220。更具体地，第一管210和第二管220可以具有任何非线性形状，比如弯曲的、线性和弯曲部分的组合等。进一步地，可以在第一管210与第二管220之间设置一个或多个凹口(未示出)，使得第一管210和第二管220由于这些凹口而接触。这可以确保正确对准并且防止特别是在消声器108工作期间的第二管220在第一管210内的任何无意的移动。在展示的实施例中，第二管220同心地设置在第一管210内。然而，在一些其他实施例中，第二管220可以偏心地设置在第一管210内。

如所展示的，排气240穿过第一管210与第二管220之间的环形通道230，同时声波250传播穿过第二管220，以在调谐室260中实现期望的衰减。取决于设计，可能存在一小部分排气240穿过第二管220，同时允许声波250传播穿过第二管220。这种排气流240可能是调谐室260泄漏的结果。调谐室260的泄漏可能是由于冷凝孔/通道或由于隔板中的孔而发生的。穿过第二管220的排气240可以是总排气流240的一部分(小于50％)。这引起了“亥姆霍兹效应”，这对本领域普通技术人员来说是显而易见的。如本文所使用的，在本披露中使用的“亥姆霍兹效应”由调谐器和/或封闭的体积/室的组合产生，以调谐消声器108内的声波250。本披露包括同心地布置的两个管(即，第一管210和第二管220)，这两个管之间具有环形通道230，以允许排气流240，同时声波250通过调谐器(即，第二管220)和封闭的体积/室(即，调谐室260)的组合来调谐。

在一些实施例中，第一管210和第二管220可以具有围绕重叠距离D的凹坑(未示出)。凹坑可以具有取决于性能要求的直径，而围绕重叠距离D的凹坑的数量可以是任何合适的数量。进一步地，第一管210与第二管220之间的重叠距离D可以是大约50mm。此外，第一管210和第二管220可以通过焊接、紧固件和胶合中的一种或多种彼此机械地接合。进一步地，可以增加第二管220的长度以调谐较低频率的声音，比如可以将第二管220的长度增加80mm或根据需要增加任何其他尺寸。

图3展示了消声器108的另一实施例。如图3所展示，消声器108包括壳体300。消声器108包括第一分隔壁400，该第一分隔壁设置在壳体300内。第一分隔壁400和壳体300在它们之间限定了第一调谐室360。消声器108包括第二分隔壁410，该第二分隔壁设置在壳体300内并且与第一分隔壁400间隔开。第二分隔壁410和壳体300在它们之间限定了第二调谐室430(替代性地，另一调谐室430)。第一分隔壁400、第二分隔壁410和壳体300限定了设置在第一调谐室360与第二调谐室430之间的膨胀室420。

如图4所示，壳体300可以具有两部分的布置，其中壳体300的两部分中的一部分可以被移除以进入壳体300内部。图5展示了图4所示消声器108的截面图。参考图3、图4和图5，壳体300具有第一入口312和第三出口370，该第一入口接收来自发动机102(如图1所示)的排气，该第三出口用于从壳体300排出排气。第三出口370可互换地称为“消声器出口370”。如图4所展示，壳体300限定了膨胀室420和不同于膨胀室420的第一调谐室360。第一调谐室360可互换地称为“调谐室360”。消声器108包括第一管310，该第一管至少部分地接纳在壳体300内，特别是接纳在第二调谐室430内。第一管310限定了第一入口312和第一出口314。第一管310限定了第一入口312和第一出口314，该第一入口用于接收排气，该第一出口设置成与膨胀室420流体连通。第一管310延伸穿过第一分隔壁400。消声器108包括第二管320，该第二管至少部分地接纳在第一管310内。

第二管320包括与第一入口312相邻的弯曲部分321。消声器108进一步包括第二管320。第二管320限定了第二入口322和第二出口324。第二入口322设置在第一管310内。第二出口324设置成与第一调谐室360流体连通。第二管320延伸穿过第二分隔壁410。在展示的实施例中，第一管310和第二管320相对于彼此同心地设置。消声器108进一步包括设置在壳体300内的第一分隔壁400。第一分隔壁400将调谐室360与膨胀室420分开。进一步地，第一管310的第一出口314与膨胀室420流体连通，并且膨胀室420与消声器出口370流体连通。消声器108进一步包括设置在壳体300内的第二分隔壁410。第二分隔壁410将膨胀室420与另一调谐室430分开，使得膨胀室420设置在调谐室360与另一调谐室430之间。此外，第一管310延伸穿过第二分隔壁410。本披露展示了将壳体300分成第一调谐室360、膨胀室420和第二调谐室430的第一分隔壁400和第二分隔壁410，然而本披露可以用任何其他布置或数量的分隔壁和/或室来实现。

第一管310和第二管320在它们之间限定了环形通道330。环形通道330设置成与第一出口314流体连通，并且允许排气从中流过。

本披露展示了延伸到调谐室360中的第二管320。然而，在其他实施例中，第二管320可以与第一分隔壁400基本上齐平。第二管320的各种布置可以取决于声学要求、通过第一管310和第二管320的预期排气流、或者与消声器108相关的任何其他因素。

消声器108进一步包括第三管440，该第三管限定了第三入口442和消声器出口370，该第三入口与膨胀室420流体连通。第三管440延伸穿过第一分隔壁400、第二分隔壁410和壳体300。此外，消声器出口370邻近壳体300设置。如所展示的，第四管460将第一调谐室360与第二调谐室430流体地连通。第四管460延伸穿过第一分隔壁400和第二分隔壁410。在一些实施例中，第一调谐室360的长度可以是大约149mm，而膨胀室420和第二调谐室430的长度可以分别是大约136mm和144.7mm。第四管460的体积可以影响第一调谐室360和第二调谐室430的调谐频率。例如，如果第四管460的体积与调谐室体积相比较小，则第四管460可以降低第一调谐室360的调谐频率，并且增加第二调谐室430的调谐频率。然而，如果第四管460的体积较大(例如，大于调谐室体积的50％)，则第一调谐室360和第二调谐室430可以有效地充当单个调谐室，其有效调谐频率小于第一调谐室360和第二调谐室430的单独调谐频率。

在操作期间，排气流540通过壳体300的第一入口312产生，并且穿过第一管310、之后移动穿过第一管310与第二管320之间的环形通道330。声波550传播穿过第二管320然后穿过膨胀室420会导致声音衰减。排气540然后在膨胀室420内行进、之后通过第三入口442进入第三管440。第三管440将排气540输送到第三出口370，以将排气540从壳体300中排出。在一些情况下，一些排气540可以进入第一调谐室360，排气540可以从该第一调谐室处通过第四管460移动到第二调谐室430。更具体地，第四管460可以允许任何排气540从第一调谐室360流动到第二调谐室430。然后，第二调谐室430中的排气540可以通过第三管440的一个或多个开口446进入第三管440。优选地，在第三管440的径向相对端上设置有两个开口446。开口446的数量可以基于比如排气流量、声音衰减要求等因素而变化。排气540然后在第三管440内移动，以通过如前所述的第三出口370移动出壳体300外。在一些实施例中，根据发动机102或消声器108的要求，第三管440可以具有一个或多个开口446。可以设置开口446，以便去除可能存在于第二调谐室430中的少量排气540。开口446可以允许第二调谐室430内的排气540通过开口446进入第三管440并且通过第三出口370离开。

在一些实施例中，开口446的尺寸可以是大约8mm。开口446可以提供益处，比如防止或减轻第三管440内的一些驻波，或者对本领域普通技术人员来说显而易见的任何其他益处。

第四管460也可以将声波550从第一调谐室360传输到第二调谐室430。声波550然后可以通过反射被衰减。在一些实施例中，调谐室360和另一调谐室430的组合增加了消声器108的调谐效率，并且为给定频率范围提供了使声学性能优化和平衡的灵活性。可以优化第二管220和第四管460的长度和直径以满足消声器108的声学性能目标。如果声学性能目标改变，这些参数(即，长度和直径)可以相应地改变。此外，将调谐室360和另一调谐室430组合实现了具有期望的(例如，长的)长度的尾管106(图1所示)，该尾管对于低频也更好地工作。从制造考虑，在第一管310与第二管320之间具有干扰和环形通道330有助于避免一些制造和加工限制，比如弯曲部分321上的穿孔。

在实施例中，第三管440进一步包括扩口部分448，该扩口部分至少部分地设置在膨胀室420内。扩口部分448限定了第三入口442。进一步地，扩口部分448允许排气流540通过第三入口442进入第三管440。扩口部分448可以是漏斗形的，以允许在消声器108操作期间通过第三入口442容易地吸入或抽吸排气流540。附加地或替代性地，在第三管440的扩口部分448周围可以存在一个或多个穿孔(未示出)，以使排气流540在膨胀室420内容易地进入第三管440。这可以有助于在第三管440的入口处保持较低的马赫数或流动速度，或者甚至超过入口点达到一定长度。这通常有助于避免潜在的流噪声和背压增加。

消声器108包括保持构件450，该保持构件接合到第二管320和第三管440。保持构件450的存在可以用于将第二管320固定在适当位置，特别是在消声器108的工作期间保持和保护第二管320免受任何振动或无意的力。在一些实施例中，保持构件450可以是支撑片或金属支架，该支撑片或金属支架可以根据应用焊接到第二管320和第三管440。

进一步地，连接构件(未示出)可以接合第一管310和第二管320。连接构件可以包括将第一管310和第二管320连接的一个或多个杆件。当两个或更多个杆件用作连接构件时，这些杆件可以被间隔开。替代性地，单个杆件可以用作连接构件，其中，单个杆件围绕其边缘焊接到第一管310和第二管320。

图5是根据本披露的一方面的图4的消声器108的截面图。如所展示的，第三管440进一步包括弯曲部分444，该弯曲部分至少部分地设置在第二调谐室430内。弯曲部分444限定了一个或多个开口446。开口446可以定位在距离第三管440的弯曲部分444的端部大约15mm处。第一管310和第二管320在重叠距离E上彼此重叠。如图5所示，第一管310具有直径E1，并且第二管320具有直径E2。第一管310的直径E1大于第二管320的直径E2，使得存在穿过第一管310与第二管320之间的环形通道330的期望的排气流540。

进一步地，第三管440可以具有在第一调谐室360中的区段，该区段具有带有粗纱的箍缩罐470。箍缩罐470可以是总体上圆柱形的，并且限定了多个穿孔472，这些穿孔可以填充有粗纱(即，任何吸声材料，比如玻璃纤维绝缘材料)。存在带有粗纱的箍缩罐470能够实现高频噪声衰减以及其他益处。在一些实施例中，箍缩罐470可以具有约150mm的长度，然而在本披露中可以实施箍缩罐470的任何其他长度。

如图5所展示，第一管310、第三管440和第四管460在它们之间设置有支架502，以提供支撑并检查在消声器108工作期间由于振动引起的任何无意的移动。更具体地，第一管310和第三管440可以设置有支架502，而第三管440进而可以具有用第四管460支撑它的支架502。支架502可以进一步由焊接、铆接或本领域中使用或已知的任何其他连接方式支撑或补充。支架502的数量、位置、类型和布置可以根据比如第一管310、第三管440和第四管460或消声器本身的振动动力学等因素。

本披露的第二管320至少部分地接纳在第一管310内的布置提供了消声器108的简单、紧凑和有效的设计。这可以通过第一管310与第二管320之间的重叠距离E来理解，该重叠距离通过在所需限度内减小第二管320的尺寸覆盖区而节省了调谐室360内的大量空间。本披露通过调谐室360和另一调谐室430的组合调谐来提供期望的声音衰减，这比常规消声器设计提供的调谐更有效。

虽然参考以上实施例已经具体地示出和描述了本披露的方面，但本领域普通技术人员将理解，在不脱离所披露的精神和范围的情况下，通过修改所披露的机器、系统和方法可以设想到多个不同的附加实施例。这样的实施例应被理解为落入本披露的范围内，本披露的范围是基于权利要求及其任何等效物来确定的。

Claims (5)

1.一种消声器，包括：

壳体；

第一分隔壁，该第一分隔壁设置在该壳体内，该第一分隔壁和该壳体在它们之间限定了第一调谐室；

第二分隔壁，该第二分隔壁设置在该壳体内并且与该第一分隔壁间隔开，该第二分隔壁和该壳体在它们之间限定了第二调谐室，并且其中，该第一分隔壁、该第二分隔壁和该壳体限定了设置在该第一调谐室与该第二调谐室之间的膨胀室；

第一管，该第一管至少部分地接纳在该壳体内，该第一管限定了第一入口和第一出口，该第一入口用于接收排气，该第一出口设置成与该膨胀室流体连通，所述第一管具有扩展区域使得第一出口的面积大于第一入口的面积；

第二管，该第二管至少部分地接纳在该第一管的扩展区域内，该第二管限定了设置在该第一管内的第二入口和通过第二管的初级排气路径，第二管包括第二出口，该第二出口设置在该第一调谐室内；以及

第三管，该第三管限定了位于膨胀室内的第三入口，并具有用于从该壳体排放排气的消声器出口,该第三管延伸穿过该第一分隔壁、该第二分隔壁和该壳体，即使得第三管自膨胀室延伸穿过第二调谐室、再穿过膨胀室和第一调谐室而延伸至壳体外，其中，第三管上设有与第二调谐室连通的开口，该消声器出口邻近该壳体设置；

第四管，该第四管将该第一调谐室与该第二调谐室流体地连通，该第四管延伸穿过该第一分隔壁和该第二分隔壁；

其中，该第一管和该第二管在它们之间限定了环形通道和次级排气路径，该环形通道限定了该第一管的第一出口并和第三入口流体连通；

并且其中，初级排气路径进入第一调谐室，并通过第四管进入第二调谐室，然后通过第三管与第二调谐室连通的开口进入第三管，进而流出消声器出口，次级排气路径通过第三入口和消声器出口。

2.如权利要求1所述的消声器，其中，该第一管和该第二管相对于彼此同心地设置。

3.如权利要求1所述的消声器，其中，该第三管进一步包括弯曲部分，该弯曲部分至少部分地设置在该第二调谐室内，该弯曲部分限定了一个或多个穿过其中的所述开口。

4.如权利要求1所述的消声器，其中，该第三管进一步包括扩口部分，该扩口部分至少部分地设置在该膨胀室内，该扩口部分限定了该第三入口。

5.如权利要求1所述的消声器，进一步包括保持构件，该保持构件接合到该第二管和该第三管。