CN115217579B - 消声器和车辆 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种消声器和车辆，消声器包括：壳体，具有内腔；进气主管，具有主进气口，且进气主管还具有沿周向间隔分布的至少两组出口组，出口组包括在轴向上设置的第一出口和第二出口；至少两组排气组件，与出口组一一对应，排气组件包括进气支管、出气主管和出气支管；进气支管和出气支管的流通面积小于内腔的流通面积，且第一出口通过进气支管与内腔连通，内腔通过出气支管与壳体外部连通，第二出口通过出气主管与壳体外部连通；电磁阀，设于进气主管，电磁阀在处于关闭状态时，能够使主进气口与各出口组的第一出口连通；电磁阀在处于开启状态时，能够使主进气口与各出口组的第二出口连通。本公开方案能够在提升声品质性能的同时降低生产成本。

Description

消声器和车辆

技术领域

本公开属于车辆领域，具体涉及一种消声器和车辆。

背景技术

车辆从最初的代步工具变成舒适的家庭必需品，因此，人们对车辆的噪声要求提高了，要求车辆在不同的行驶模式下有不同的声音。

车辆排气系统是车辆的重要组成部分，排气系统排出废气同时也将燃烧噪声带到车辆尾部，在尾部产生声压级很高的阶次噪声和摩擦噪声。通过消声器对排气噪声进行不同程度的降低、补偿，可实现排气具有不同声品质的功能。

电磁阀在车辆排气系统中起到控制气流路径的作用，其成本较高。目前市面上一部分车型的消声器具有一个电磁阀，但只能提供单侧的运动声音，还会导致两侧出气管的声压级不一致；另一部分高端豪华车型有二个或两个以上的电磁阀，可带来双侧的运动声音，但两个电磁阀的成本较高。

发明内容

本公开的目的在于提供一种消声器和车辆，能够提升声品质，且降低生产成本。

本公开第一方面提供了一种消声器；其中，消声器包括：壳体，具有内腔；进气主管，具有主进气口，且所述进气主管还具有沿周向间隔分布的至少两组出口组，所述出口组包括在轴向上间隔设置的第一出口和第二出口；至少两组排气组件，与所述出口组一一对应，所述排气组件包括进气支管、出气主管和出气支管；所述进气支管和所述出气支管的流通面积均小于所述内腔的流通面积，且所述第一出口通过所述进气支管与所述内腔连通，所述内腔通过所述出气支管与所述壳体外部连通，所述第二出口通过所述出气主管与所述壳体外部连通；电磁阀，设于所述进气主管，所述电磁阀在处于关闭状态时，能够使所述主进气口与各所述出口组的第一出口连通；所述电磁阀在处于开启状态时，能够使所述主进气口与各所述出口组的第二出口连通。

在本公开的一种示例性实施例中，所述进气主管的所述主进气口和所述第一出口位于所述壳体外部，所述第二出口位于所述内腔中；所述进气支管的入口位于所述壳体外部，并与所述第一出口连通，所述进气支管的出口伸进所述内腔中，并与所述内腔连通；所述出气支管的入口位于所述内腔中，并与所述内腔连通，所述出气支管的出口伸出所述壳体外部；所述出气主管的入口位于所述内腔中，并与所述第二出口连通，所述出气主管的出口伸出所述壳体外部。

在本公开的一种示例性实施例中，所述内腔包括中间腔和沿所述中间腔的周向间隔分布的至少两组腔体组，所述腔体组与所述排气组件一一对应；所述腔体组包括第一腔和第二腔，所述第二腔位于所述第一腔和所述中间腔之间；所述中间腔、所述第一腔和所述第二腔由隔板分隔而成，所述隔板具有贯穿的通孔；所述进气支管和所述出气支管的流通面积均小于所述第一腔、第二腔、中间腔的流通面积；所述进气主管的所述第二出口位于所述中间腔中，所述第一出口位于所述中间腔的上方；所述进气支管的出口与所述第二腔连通；所述出气主管依次穿过所述中间腔、所述第二腔和所述第一腔，且其入口位于所述中间腔，其出口伸出所述第一腔外；所述出气支管依次穿过所述中间腔、所述第二腔和所述第一腔，且其入口与所述中间腔连通，其出口伸出所述第一腔外。

在本公开的一种示例性实施例中，所述隔板的通孔率为40％～80％；和/或，所述通孔的直径为4mm～6mm。

在本公开的一种示例性实施例中，所述出气主管的部分侧壁具有穿孔；所述消声器还包括：吸音结构，套在所述出气主管的外侧，并覆盖所述穿孔；所述吸音结构还位于所述第一腔和所述第二腔内。

在本公开的一种示例性实施例中，所述吸音结构包括高频覆盖管和吸音棉，其中，所述高频覆盖管套在所述出气主管的外侧，且二者之间具有空腔，所述空腔内填充有所述吸音棉，所述吸音棉覆盖所述穿孔。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电磁阀位于所述第一出口和所述第二出口之间。

在本公开的一种示例性实施例中，所述出气主管的流通面积大于所述出气支管的流通面积。

本公开第二方面提供了一种车辆，其中，所述车辆包括：如前任一项中所述的消声器、电子控制单元和车辆主体；所述消声器位于所述车辆主体的尾部；所述消声器中的电磁阀响应于所述电子控制单元的第一控制信号，切换至完全关闭状态；所述消声器中的电磁阀响应于所述电子控制单元的第二控制信号，切换至完全打开状态。

在本公开的一种示例性实施例中，所述消声器中的电磁阀还响应于所述电子控制单元的第三控制信号，切换至半打开状态。

本公开方案的有益效果：

本公开方案在进气主管中设置一个电磁阀，电磁阀在处于关闭状态时，能够使主进气口与各出口组的第一出口连通，从而使得气流经进气支管进入内腔。气流在二者之间流通时，流通面积发生变化，从而能够达到消音效果，经内腔消音后，气流从出气支管流出。电磁阀在处于开启状态时，能够使主进气口与各出口组的第二出口连通，从而使得气流从出气主管直接排出。如此，采用一个电磁阀，就可以实现安静模式和运动模式的切换，成本降低，声品质较高。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本公开实施例一所述的消声器的结构示意图；

图2示出了本公开实施例一所述的消声器在电磁阀完全关闭时的工作原理图；

图3示出了本公开实施例一所述的消声器在电磁阀完全打开时的工作原理图；

图4示出了本公开实施例一所述的消声器在电磁阀半打开时的工作原理图。

附图标记说明：

1、进气主管；10、出口组；11、第一出口；12、第二出口；13、主进气口；2、进气支管；L2、左进气支管；R2、右进气支管；3、出气主管；L3、左出气主管；R3、右出气主管；4、出气支管；L4、左出气支管；R4、右出气支管；5、壳体；6、内腔；61、中间腔；62、腔体组；621、第一腔；L621、左第一腔；R621、右第一腔；622、第二腔；L622、左第二腔；R622、右第二腔；63、隔板；7、吸音结构；71、高频覆盖管；72、吸音棉；8、电磁阀；9、排气组件。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。

在本公开中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。

实施例一

如图1-图4所示，本公开实施例提供了一种消声器，包括：进气主管1，具有主进气口13，且进气主管1还具有沿周向间隔分布的至少两组出口组10，出口组10包括在轴向上间隔设置的第一出口11和第二出口12；至少两组排气组件9，与出口组10一一对应，排气组件9包括进气支管2、出气主管3和出气支管4；进气支管2和出气支管4的流通面积均小于内腔6的流通面积，且第一出口11通过进气支管2与内腔6连通，内腔6通过出气支管2与壳体5外部连通，第二出口12通过出气主管3与壳体5外部连通；电磁阀8，设于进气主管1，电磁阀8在处于关闭状态时，能够使主进气口13与各出口组10的第一出口11连通；电磁阀8在处于开启状态时，能够使主进气口13与各出口组10的第二出口12连通。

换句话说，当电磁阀8关闭时，气流经第一出口11进入进气支管2，并进入内腔6中，利用流通截面的变化与声波的反射达到消音效果，最后从出气支管4排出，从而实现静音模式；当电磁阀8开启时，气流经第二出口12进入出气主管3后直接排出，此时各出气主管3均具有运动声音，从而实现运动模式。因此，本实施例中，消声器能够提升声品质性能；并且由于只采用了一个电磁阀8，从而能够降低产品成本、提升产品竞争力。

以下将结合附图对消声器的结构进行详细说明。

壳体5为消声器的主体结构，壳体5可以为不锈钢薄壁冲压件上下焊接构成的空腔结构，其上可以带有进气主管1和排气组件9的安装孔。

在一些实施例中，参考图1，进气主管1的主进气口13和第一出口11位于壳体5外部，第二出口12位于内腔6中。即，部分进气主管1位于壳体5外部，部分进气主管1伸进内腔6中。在另一些实施例中，主进气口13、第一出口11和第二出口12可以均位于壳体5外部；或者，主进气口13、第一出口11和第二出口12也可以均位于内腔6中。

在一些实施例中，电磁阀8可以位于第一出口11和第二出口12之间。在另一些实施例中，电磁阀8还可以位于第二出口12。电磁阀8可以由电子控制单元控制其开闭。

继续参考图1，进气支管2的入口位于壳体5外部，并与第一出口11连通，进气支管2的出口伸进内腔6中并与内腔6连通。即，部分进气支管2位于壳体5外部，部分进气支管2位于内腔6中。在另一些实施例中，整个进气支管2可以位于壳体5外部，或整个进气支管2位于内腔6中，只要使得其出口与内腔6连通，其入口与第一出口11连通即可。

出气支管4的入口位于内腔6中并与内腔6连通，出气支管4的出口伸出壳体5外部。即，部分出气支管4位于壳体5外部，部分出气支管4位于内腔6。在另一些实施例中，整个出气支管4可以位于内腔6中，只要使得其出口与壳体6外部连通即可。

出气主管3的入口位于内腔6中，并与第二出口12连通，出气主管3的出口伸出壳体5外部。在另一些实施例中，整个出气主管3也可以位于壳体5外部，只要使得其入口与第二出口12连通即可。

此外，出气主管3的内径可以大于出气支管4的内径，以使得出气主管3的下游背压比出气支管4的下游背压更低，气流通过出气主管3时具有更小的阻力，后续将对此进行详细说明。

内腔6包括中间腔61和沿中间腔61的周向间隔分布的至少两组腔体组62，腔体组62与排气组件9一一对应。腔体组62包括第一腔621和第二腔622，第二腔622位于第一腔621和中间腔61之间。

中间腔61、第一腔621和第二腔622由隔板63分隔而成，隔板63具有贯穿的通孔，使得气流能够穿过通孔在各腔之间流动。隔板63的通孔率为40％～80％。比如，可以为60％、65％或70％。通孔率是指通孔的面积与隔板63总面积的比例。此外，通孔的直径可以为4mm～6mm，比如5mm。当通孔率以及通孔的直径保持在上述范围时，有利于获得更好的消音效果。

进气支管2和出气支管4的流通面积均小于第一腔621、第二腔622、中间腔61的流通面积。如此，气流在流经进气支管2、内腔6以及出气支管4的过程中，流通面积会产生变化，进而有助于消音。

进一步地，参考图1，进气主管1的第二出口12位于中间腔61中，第一出口11位于中间腔61的上方。进气支管2的出口与第二腔622连通。出气主管3依次穿过中间腔61、第二腔622和第一腔621，且其入口位于中间腔61，其出口伸出第一腔621外。出气支管4依次穿过中间腔61、第二腔622和第一腔621，且其入口与中间腔61连通，其出口伸出第一腔621外。

本实施例中，消声器可以应用于车辆领域，相应地，消声器可以具有两组排气组件9、两组出口组10以及两组腔体组62。在另一些实施例中，消声器也可以应用于车辆之外的装置，相应地，消声器也可以具有两组以上的排气组件9、出口组10以及腔体组62。

进一步地，本实施例中，消声器可以为左右对称的结构。进气管1左侧的排气组件9包括：左进气支管L2、左出气主管L3和左出气支管L4。右侧的排气组件9包括：右进气支管R2、右出气主管R3和右出气支管R4。中间腔61左侧的腔体组62包括左第一腔L621和左第二腔L622。左第一腔L621和左第二腔L622之间具有左第一隔板；中间腔61右侧的腔体组62包括右第一腔R621和右第二腔R622。右第一腔R621和右第二腔R622之间具有右第一隔板。此外，左第二腔L622与中间腔61之间还具有左第二隔板，右第二腔R622与中间腔61之间还具有右第二隔板。

进气主管1与左进气支管L2和右进气支管R2相连通，形成四通结构；进气主管1在中间腔61与左出气主管L3和右出气主管R3相连通，形成三通结构。进一步地，电磁阀8可以安装于四通结构和三通结构之间。

左进气支管L2的入口位于左第二腔L622；右进气支管R2的入口位于右第二腔R622。左出气支管L4穿过左第一隔板和左第二隔板，与中间腔61连通；右出气支管R4穿过左第一隔板和左第二隔板，与中间腔61连通。左出气主管L3穿过左第一隔板和左第二隔板，右出气主管R3穿过右第一隔板和右第二隔板。

相应地，壳体5带有进气主管1、左进气支管L2、右进气支管R2、左出气主管L3、右出气主管R3、左出气支管L4和右出气支管R4的安装孔。

此外，进气主管1、左进气支管L2、右进气支管R2、左出气主管L3、右出气主管R3、左出气支管L4和右出气支管R4可以为不锈钢薄壁圆管。隔板63可以为不锈钢薄冲压件。此外，左第一隔板上带有左出气主管L3和左出气支管L4的安装孔；右第一隔板上带有右出气主管R3和右出气支管R4的安装孔；左第二隔板上带有左出气主管L3和左出气支管L4的安装孔；右第二隔板上带有右出气主管R3和右出气支管R4的安装孔。

在一些实施例中，出气主管3的部分侧壁具有穿孔。消声器还包括：吸音结构7，套在出气主管3的外侧，并覆盖穿孔。吸音结构7还位于第一腔621和第二腔622内。

具体地，吸音结构7包括高频覆盖管71和吸音棉72，其中，高频覆盖管71套在出气主管3的外侧，且二者之间具有空腔，空腔内填充有吸音棉72。吸音棉72覆盖穿孔。

在一些实施例中，高频覆盖管71可以位于第一腔621和第二腔622内。在另一些实施例中，高频覆盖管71还可以位于中间腔61、第一腔621和第二腔622内。

进一步地，高频覆盖管71可以包括左高频覆盖管和右高频覆盖管，左高频覆盖管位于左第一腔L621和左第二腔L622，并穿过左第一隔板，左高频覆盖管覆盖住左出气主管L3的穿孔。右高频覆盖管位于右第一腔R621和右第二腔R622，并穿过右第一隔板，右高频覆盖管覆盖住右出气主管R3的穿孔。

高频覆盖管71可以为不锈钢薄壁圆管。

以下将对消声器的工作原理进行详细说明。

参考图2，当选择静音模式时，电子控制单元(Electronic Control Unit，简称ECU)控制电磁阀8关闭。

气流经进气主管1在电磁阀8前一分为二，分别进入左进气支管L2和右进气支管R2，然后分别进入左第二腔L622、左第一腔L621以及右第二腔R622、右第一腔R621，最后进入中间腔61经左出气支管L4和右出气支管R4排出。

此左右气流分别经过左第一腔L621、左第二腔L622以及右第一腔R621、右第二腔R622、中间腔61的过程为膨胀腔。由于截面积的变化，声阻抗就变化，次气流路径形成一种抗性消音器，入射波到达扩张腔后，一部分能量被反射回进气支管2，从而消耗声能，其消声量如下：

其中，m：扩张腔扩张比，L：膨胀腔长度，λ：波长。

基于此，电磁阀8关闭，可以保证主进气口13与各出口组10的第一出口11连通出气支管4的低声压级，从而提供静音模式。

参考图3，当选择运动模式时，电子控制单元控制电磁阀8开启。

气流经进气主管1并通过电磁阀8后一分为二分别流入左出气主管L3和右出气主管R3后排出。此气流进入左出气主管L3和右出气主管R3时，声能量分别从左出气管L4的穿孔和右出气主管R3的穿孔进入左高频覆盖管和右高频覆盖管，高频覆盖管71中有吸音棉72，当声波通过这些材料时(如图中弯曲箭头所示)，声能量被纤纬材料吸收而转变成热能，次气流路径形成一种阻性消音器，主要是吸收高频噪声而且其吸收频带较宽，从而将车辆发动机的阶次噪声凸显出来，带来类似跑车的运动噪声，其消声量如下：

其中，m：扩张腔扩张比，L：高频覆盖管长度，б：吸音棉吸声系数，

此外，左进气支管L2和右气管支管R2可以起到四分之一波长管作用，从而消除特定频率f1噪声：

其中，L：左进气支管L2/右进气支管R2的长度。

基于此，电磁阀8开启，主进气口13与各出口组10的第二出口12连通，从而可以保证两侧出气主管3的高声压级，进而提供运动模式。值得说明的是，虽然第一出口11与出气支管2的入口之间并没有设置可关断的阀门，但是在电磁阀8开启时，由于出气主管3中没有隔板63的阻挡，并且其内径可以比出气支管4更大，因此，出气主管3的下游背压比出气支管4低。由于气流更倾向于朝向低压的地方流动，因此，大部分的气流是沿着第二出口12进去出气主管3，可能在消声器刚启动时会有小部分气流沿第一出口11进入内腔6。

参考图4，除上述两种模式外，还可以控制电磁阀8切换至半开启状态，使得部分气流进入内腔6消音后从出气支管4排出(如图中细直箭头所示)，部分气流从出气主管3排出，以实现半运动模式(如图中粗直箭头所示)。

综上所述，本实施例中，一个电磁阀8可形成双出气主管3的运动噪声，还能保证双出气支管4的低声压级，从而提升声品质，还能够降低成本。

实施例二

本实施例提供了一种车辆，其包括：如前述实施例所述的消声器、电子控制单元和车辆主体。本实施例与前述实施例相同或相似的部分请参考前述实施例的详细说明，在此不再赘述。

具体地，消声器可以位于车辆主体的尾部。

消声器中的电磁阀能够响应于电子控制单元的第一控制信号，切换至完全关闭状态，使得气流经过内腔消音，从而实现车辆的静音模式。

消声器中的电磁阀能够响应于电子控制单元的第二控制信号，切换至完全打开状态，使得气流从排气主管排出，从而实现车辆的运动模式。

消声器中的电磁阀还能够响应于电子控制单元的第三控制信号，切换至半打开状态，使得部分气流经过内腔消音，部分气流从排气主管排出，从而实现车辆的半运动模式。

在本说明书的描述中，参考术语“一些实施例”、“示例地”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，故但凡依本公开的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本公开专利涵盖的范围之内。

Claims (9)

1.一种消声器，其特征在于，包括：

壳体，具有内腔；

进气主管，具有主进气口，且所述进气主管还具有沿周向间隔分布的至少两组出口组，所述出口组包括在轴向上间隔设置的第一出口和第二出口；

至少两组排气组件，与所述出口组一一对应，所述排气组件包括进气支管、出气主管和出气支管；所述进气支管和所述出气支管的流通面积均小于所述内腔的流通面积，且所述第一出口通过所述进气支管与所述内腔连通，所述内腔通过所述出气支管与所述壳体外部连通，所述第二出口通过所述出气主管与所述壳体外部连通；

电磁阀，设于所述进气主管，所述电磁阀在处于关闭状态时，能够使所述主进气口与各所述出口组的第一出口连通；所述电磁阀在处于开启状态时，能够使所述主进气口与各所述出口组的第二出口连通；

所述内腔包括中间腔和沿所述中间腔的周向间隔分布的至少两组腔体组，所述腔体组与所述排气组件一一对应；

所述腔体组包括第一腔和第二腔，所述第二腔位于所述第一腔和所述中间腔之间；所述中间腔、所述第一腔和所述第二腔由隔板分隔而成，所述隔板具有贯穿的通孔；

所述进气支管和所述出气支管的流通面积均小于所述第一腔、第二腔、中间腔的流通面积；

所述进气主管的所述第二出口位于所述中间腔中，所述第一出口位于所述中间腔的上方；

所述进气支管的出口与所述第二腔连通；

所述出气主管依次穿过所述中间腔、所述第二腔和所述第一腔，且其入口位于所述中间腔，其出口伸出所述第一腔外；

所述出气支管依次穿过所述中间腔、所述第二腔和所述第一腔，且其入口与所述中间腔连通，其出口伸出所述第一腔外。

2.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述进气主管的所述主进气口和所述第一出口位于所述壳体外部，所述第二出口位于所述内腔中；

所述进气支管的入口位于所述壳体外部，并与所述第一出口连通，所述进气支管的出口伸进所述内腔中，并与所述内腔连通；

所述出气支管的入口位于所述内腔中，并与所述内腔连通，所述出气支管的出口伸出所述壳体外部；

所述出气主管的入口位于所述内腔中，并与所述第二出口连通，所述出气主管的出口伸出所述壳体外部。

3.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述隔板的通孔率为40％～80％；和/或，

所述通孔的直径为4mm～6mm。

4.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述出气主管的部分侧壁具有穿孔；

所述消声器还包括：吸音结构，套在所述出气主管的外侧，并覆盖所述穿孔；所述吸音结构还位于所述第一腔和所述第二腔内。

5.根据权利要求4所述的消声器，其特征在于，所述吸音结构包括高频覆盖管和吸音棉，其中，所述高频覆盖管套在所述出气主管的外侧，且二者之间具有空腔，所述空腔内填充有所述吸音棉，所述吸音棉覆盖所述穿孔。

6.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述电磁阀位于所述第一出口和所述第二出口之间。

7.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述出气主管的流通面积大于所述出气支管的流通面积。

8.一种车辆，其特征在于，包括：

如权利要求1-7中任一项消声器、电子控制单元和车辆主体；

所述消声器位于所述车辆主体的尾部；

所述消声器中的电磁阀响应于所述电子控制单元的第一控制信号，切换至完全关闭状态；

所述消声器中的电磁阀响应于所述电子控制单元的第二控制信号，切换至完全打开状态。

9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述消声器中的电磁阀还响应于所述电子控制单元的第三控制信号，切换至半打开状态。