CN115263495B - 排气系统的控制方法、消声器内组件及消声器 - Google Patents

排气系统的控制方法、消声器内组件及消声器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种排气系统的控制方法，包括：获取被动阀实验数据；获取被动阀理论数据；对标被动阀实验数据和被动阀理论数据，以得到被动阀在初始预紧力下的压力‑开度修正系数；测试被动阀在初始预紧力下的背压与阀门开度的关系，以得到压力‑开度关系曲线；根据压力‑开度修正系数修正压力‑开度关系曲线，以形成数据库；建立消声器模型和排气系统仿真模型；在消声器模型中设置被动阀模型，并赋予被动阀模型压力‑开度修正系数；根据被动阀预紧力的范围逐步迭代预紧力，以得到被动阀模型的压力‑开度关系曲线和消声器模型的背压值和噪声值。本申请匹配出适合不同发动机背压的被动阀预紧力，从而解决消声器带来的中低频噪声问题。

Description

排气系统的控制方法、消声器内组件及消声器
技术领域
本发明涉及汽车后处理技术领域，尤其是一种排气系统的控制方法、消声器内组件及消声器。
背景技术
国家提出30·60碳达峰、碳中和目标以来，新能源汽车的发展更加迅猛；
新能源汽车主要有混动动力汽车和纯电动汽车两种；混动动力汽车主要由两种及以上动力，通常情况下是汽油机和电动机混合驱动，但是由于存在双机组，对于汽油机产生的排气系统容积限制较大，导致常规的消声器无法解决汽油机带来的中低频噪声，因此需要用到主动阀、被动阀、谐振片等来解决这类噪声问题；
采用被动阀来压制中低频噪声时，由于不同发动机的排量(即发动机参数)及消声器内组件方案对于消声器的背压与流量的需求不同，所以需要不同扭簧预紧力的被动阀来匹配不同的消声器内组件方案及发动机排量；
所以，需要设计一种排气系统的控制方法来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种排气系统的控制方法、消声器内组件及消声器。本发明采用的技术方案是：
一种排气系统的控制方法，包括：
测试被动阀在初始预紧力下的背压与阀门开度的关系，以得到被动阀实验数据；
计算被动阀在初始预紧力下的背压与阀门开度的关系，以得到被动阀理论数据；
对标所述被动阀实验数据和被动阀理论数据，以得到被动阀在初始预紧力下的压力-开度修正系数；
测试所述被动阀在初始预紧力下的背压与阀门开度的关系，以得到压力-开度关系曲线；
根据所述压力-开度修正系数修正所述压力-开度关系曲线，以形成数据库；
获取被动阀预紧力的范围，建立消声器模型和排气系统仿真模型，以得到消声器模型的背压值指标范围和噪声值指标范围；
在所述消声器模型中设置被动阀模型，并赋予所述被动阀模型压力-开度修正系数；
根据所述被动阀模型的压力-开度修正系数计算消声器模型在初始预紧力下的初始背压值和初始噪声值；
根据所述被动阀预紧力的范围逐步迭代预紧力，以得到被动阀模型的压力-开度关系曲线和消声器模型的背压值和噪声值，直至背压值和噪声值满足背压值指标范围和噪声值指标范围；
测试排气系统的背压与阀门开度的关系，以得到排气系统实验数据；
计算排气系统仿真模型的背压与阀门开度的关系，以得到排气系统仿真数据；
对标所述排气系统实验数据和排气系统仿真数据，以得到仿真-实测修正系数。
进一步地，所述根据被动阀试验数据和被动阀理论数据分析对标出被动阀的扭簧在初始预紧力下被动阀背压与阀门开度的关系具体结构包括
气源，用于提供不同流量大小的气流；
连接管，设置在气源的出气端；
待测被动阀，设置在连接管的另一端；
压力传感器，设置在连接管上靠近待测被动阀的一侧；以及
阀门开度传感器，设置在待测被动阀远离连接管的一侧，且正对于待测被动阀的阀门。
进一步地，所述压力-开度修正系数的具体公式为
Figure BDA0003790656720000021
f(p)＝ap2+bp+c
其中，L表示阀门开度，p表示被动阀背压，P表示气源压力，p/P表示实际相对压力，A表示参考相对压力值，k表示极限开度常数，a、b、c分别为压力-流量系数。
进一步地，所述数据库的具体公式为
Figure BDA0003790656720000022
其中，L表示阀门开度，p表示被动阀背压，P表示气源压力，p/P表示实际相对压力，A表示参考相对压力值，T表示扭簧预紧力，B表示扭簧极限预紧力，m表示扭簧的极限扭力系数，k表示极限开度常数。
进一步地，所述对压力-开度修正系数根据预紧力变化逐步迭代具体为，在编程语言中设置变化步长为0.1N，逐步迭代。
一种消声器内组件，设置在消声器模型的腔室内，包括第一隔板、第二隔板、第三隔板、第四隔板、第一消声管、第二消声管、第三消声管和被动阀；
所述第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板横向间隔布置；
所述第一消声管、第二消声管和第三消声管纵向间隔布置；
所述第一消声管贯穿第三隔板和第四隔板；
所述第二消声管贯穿第二隔板、第三隔板和第四隔板；
所述第三消声管贯穿第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板；
其中，所述第二消声管的一端向纵向弯曲并周向连接于第三消声管，以使得第二消声管与第三消声管之间形成折弯段；
所述被动阀设置在第三消声管靠近折弯段的一端，所述第三消声管的另一端延伸至腔室外；
被动阀中扭簧的预紧力通过排气系统的控制方法获取。
进一步地，所述第一消声管的直径大于第二消声管的直径，所述第三消声管的直径大于第二消声管的直径；
所述第一消声管的长度小于第二消声管的长度，所述第二消声管的长度小于第三消声管的长度。
进一步地，所述第一隔板与第二隔板之间连接有第一加强筋，所述第二隔板与第三隔板之间连接有支撑板，所述第三隔板与第四隔板之间连接有第二加强筋，所述第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板之间贯穿设置有第三加强筋。
一种消声器，包括消声器内组件，还包括筒体，所述筒体的横向两端分别设置有端盖，以使得筒体内部形成密闭的腔室；所述筒体上连接有进气管，所述进气管一端延伸至腔室内；所述第三消声管的一端贯穿于端盖。
进一步地，所述端盖上设置有吊钩；
和/或，
所述进气管的另一端设置有法兰。
本发明的优点：
采用此排气系统的控制方法能够匹配出适合不同发动机背压的被动阀预紧力，从而解决消声器带来的中低频噪声问题；
使用被动阀配合不同消声管起到降噪作用，还很大程度上节约消声器的成本。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明被动阀背压与开启角度测试图。
图3为本发明消声器内组件的结构示意图。
图4为本发明消声器的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
第一方面，请参阅附图1，本申请提出一种排气系统的控制方法，包括：
S1、测试被动阀在初始预紧力下的背压与阀门开度的关系，以得到被动阀实验数据；
S2、计算被动阀在初始预紧力下的背压与阀门开度的关系，以得到被动阀理论数据；
S3、对标所述被动阀实验数据和被动阀理论数据，以得到被动阀在初始预紧力下的压力-开度修正系数；
S4、测试所述被动阀在初始预紧力下的背压与阀门开度的关系，以得到压力-开度关系曲线；
S5、根据所述压力-开度修正系数修正所述压力-开度关系曲线，以形成数据库；
S6、获取被动阀预紧力的范围，建立消声器模型和排气系统仿真模型，以得到消声器模型的背压值指标范围和噪声值指标范围；
S7、在所述消声器模型中设置被动阀模型，并赋予所述被动阀模型压力-开度修正系数；
S8、根据所述被动阀模型的压力-开度修正系数计算消声器模型在初始预紧力下的初始背压值和初始噪声值；
S9、根据所述被动阀预紧力的范围逐步迭代预紧力，以得到被动阀模型的压力-开度关系曲线和消声器模型的背压值和噪声值，直至背压值和噪声值满足背压值指标范围和噪声值指标范围；
S10、测试排气系统的背压与阀门开度的关系，以得到排气系统实验数据；
S11、计算排气系统仿真模型的背压与阀门开度的关系，以得到排气系统仿真数据；
S12、对标所述排气系统实验数据和排气系统仿真数据，以得到仿真-实测修正系数。
在步骤S6中，获取被动阀预紧力的范围具体为，根据消声器的背压、在压力-开度关系曲线中选取合适的被动阀预紧力的范围；消声器模型与排气系统仿真模型为GT仿真模型。
在步骤S7中，获取的被动阀模型具体为：根据底盘边界确定消声器的容积和入口截面尺寸，来选择对应尺寸的被动阀的型号，从而将对应型号的被动阀的参数进行C++语言编程，生成被动阀模型。
通过本发明提供的排气系统的控制方法，根据被动阀试验数据和理论数据得到被动阀背压与阀门开度的关系，对于测试中存在异常的点进行插值法修正，并通过数学关系拟合函数关系式，形成压力-开度关系曲线，从而建立数据库，然后GT power建立消声器模型，通过检测被动阀模型的背压，以及赋予被动阀模型压力-开度曲线，计算消声器模型的背压值和噪声值，然后对于不同预紧力下的被动阀模型中压力-开度曲线的多次迭代，找出最优的消声器方案，并根据排气系统与整车的试验与仿真结果进行计算得到修正系数，从而计算匹配出适合不同发动机背压的被动阀预紧力，来压制消声器带来的中低频噪声。
请参阅附图2，测试所述被动阀在初始预紧力下的背压与阀门开度的关系的具体结构包括气源1、连接管2阀门开度传感器3、待测被动阀4、压力传感器5；气源1用于提供不同流量大小的气流；连接管2设置在气源1的出气端；待测被动阀4设置在连接管2的另一端；压力传感器5设置在连接管2上靠近待测被动阀4的一侧；阀门开度传感器3设置在待测被动阀4远离连接管2的一侧，且正对于待测被动阀4的阀门。
由于气体流量的大小与气体压力成正比，故通过气源1控制气体流量，从而控制气体压力大小，从而利用阀门开度传感器3和压力传感器5获得待测被动阀4的被动阀开度数据和被动阀背压数据，并通过改变流量大小得到压力-开度关系曲线。
作为本申请的实施例，气源1为风机；通过风机功率可以调节气流大小，从而调节气体压力。
所述压力-开度修正系数的具体公式为
Figure BDA0003790656720000051
f(p)＝ap2+bp+c
其中，L表示阀门开度，p表示被动阀背压，P表示气源压力，p/P表示实际相对压力，A表示参考相对压力值，k表示极限开度常数，a、b、c分别为压力-流量系数。
所述数据库的具体公式为
Figure BDA0003790656720000052
其中，L表示阀门开度，p表示被动阀背压，P表示气源压力，p/P表示实际相对压力，A表示参考相对压力值，T表示扭簧预紧力，B表示扭簧极限预紧力，m表示扭簧的极限扭力系数，k表示极限开度常数。
在本实施例中，所述对压力-开度修正系数根据预紧力变化逐步迭代具体为，在C++编程语言中设置变化步长为0.1N，在被动阀的预紧力范围内从小到大逐步迭代。
第二方面，请参阅附图3，本申请提出一种消声器内组件，设置在消声器的腔室内，包括第一隔板6、第二隔板7、第三隔板8、第四隔板9、第一消声管10、第二消声管11、第三消声管12和被动阀13；所述第一隔板6、第二隔板7、第三隔板8和第四隔板9横向间隔布置；所述第一消声管10、第二消声管11和第三消声管12纵向间隔布置；所述第一消声管10贯穿第三隔板8和第四隔板9；所述第二消声管11贯穿第二隔板7、第三隔板8和第四隔板9；所述第三消声管12贯穿第一隔板6、第二隔板7、第三隔板8和第四隔板9；其中，所述第二消声管11的一端向纵向弯曲并周向连接于第三消声管12，以使得第二消声管11与第三消声管12之间形成折弯段；所述被动阀13设置在第三消声管12靠近折弯段的一端，所述第三消声管12的另一端延伸至腔室外；被动阀13中扭簧的预紧力通过排气系统的控制方法获取。
在一具体实施方式中，第一隔板6、第二隔板7、第三隔板8和第四隔板9结构相同，均为带孔的椭圆形板状结构、沿左右方向等距间隔布置，第一隔板6、第二隔板7、第三隔板8和第四隔板9分别平行于竖直方向，所述第一消声管10、第二消声管11和第三消声管12从上到下间隔布置，尾气穿过各个隔板在腔室中流动；原来根据发动机的基本参数计算得知传统的消声器结构无法解决中低频噪声的问题，所以需要设置被动阀，又根据底盘边界确定消声器的尺寸和被动阀的型号，确定被动阀预紧力的范围；将被动阀添加在第三消声管12上，能够阻碍尾气的直接流动，获得最佳的噪声压制效果；以背压指标33±3kpa、总声压级如表1所示为例：
表1
Figure BDA0003790656720000061
/>
小流量(0-200kg/h)下尾气气流几乎从第三消声管12排出，被动阀的开度较小，能够压制中低频噪声，大流量(大于200kg/h)下尾气气流既能从第三消声管12排出，也能推开被动阀13重新流回腔室；然后将被动阀的属性参数通过动态链接库进行C++语言编程，利用压力-开度修正系数赋予被动阀的被动阀初始参数，然后根据被动阀初始参数计算消声器的背压和噪声，得出初始背压值和初始噪声值，并对压力-开度曲线根据预紧力变化逐步迭代，直到消声器的背压值结果和噪声值结果满足指标要求，试验得到的次级噪声如表2所示；
表2
Figure BDA0003790656720000062
由此得出，采用本实施例中的消声器组件，配合排气系统的控制方法使用时，根据发动机排量不同，选用不同扭簧预紧力的被动阀，能够有效降低排气系统的中低频噪声；最后对标排气系统与整车的试验与仿真结果，得到仿真-实测修正系数，适用不同的消声器内组件方案和发动机排量。
在一些实施例中，由于三根消声管的背压不同，被动阀13也可以设置在第一消声管10或第二消声管11，虽然能压制一定的噪声，但效果不如设置在第三消声管12上好，也无法实现直接阻碍气流的功能。
在本实施例中，为了保证消声器充分降噪，所述第一消声管10的直径大于第二消声管11的直径，所述第三消声管12的直径大于第二消声管11的直径；
所述第一消声管10的长度小于第二消声管11的长度，所述第二消声管11的长度小于第三消声管12的长度。
为了提高消声器内组件的结构强度，所述第一隔板6与第二隔板7之间连接有第一加强筋14，所述第二隔板7与第三隔板8之间连接有支撑板15，所述第三隔板8与第四隔板9之间连接有第二加强筋16，所述第一隔板6、第二隔板7、第三隔板8和第四隔板9之间贯穿设置有第三加强筋17。
第三方面，请参阅附图4，本申请提出一种消声器，包括消声器内组件，还包括筒体18，所述筒体18的横向两端分别设置有端盖19，以使得筒体18内部形成密闭的腔室；所述筒体18上连接有进气管20，所述进气管20一端延伸至腔室内；所述第三消声管12的一端贯穿于端盖19；具体地，进气管20与筒体18之间通过消声器补丁焊接密封，进气管20贯穿于支撑板15；正是由于可以针对不同发动机参数来选择被动阀扭簧的预紧力，所以才能够提高消声器的中低频降噪功能。
为了方便消声器模型的安装，所述端盖19上设置有吊钩21；所述进气管20的另一端设置有法兰。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种排气系统的控制方法，其特征在于，包括：
测试被动阀在初始预紧力下的背压与阀门开度的关系，以得到被动阀实验数据；
计算被动阀在初始预紧力下的背压与阀门开度的关系，以得到被动阀理论数据；
对标所述被动阀实验数据和被动阀理论数据，以得到被动阀在初始预紧力下的压力-开度修正系数；
测试所述被动阀在初始预紧力下的背压与阀门开度的关系，以得到压力-开度关系曲线；
根据所述压力-开度修正系数修正所述压力-开度关系曲线，以形成数据库；
获取被动阀预紧力的范围，建立消声器模型和排气系统仿真模型，以得到消声器模型的背压值指标范围和噪声值指标范围；
在所述消声器模型中设置被动阀模型，并赋予所述被动阀模型压力-开度修正系数；
根据所述被动阀模型的压力-开度修正系数计算消声器模型在初始预紧力下的初始背压值和初始噪声值；
根据所述被动阀预紧力的范围逐步迭代预紧力，以得到被动阀模型的压力-开度关系曲线和消声器模型的背压值和噪声值，直至背压值和噪声值满足背压值指标范围和噪声值指标范围；
测试排气系统的背压与阀门开度的关系，以得到排气系统实验数据；
计算排气系统仿真模型的背压与阀门开度的关系，以得到排气系统仿真数据；
对标所述排气系统实验数据和排气系统仿真数据，以得到仿真-实测修正系数；
根据所述被动阀实验数据和被动阀理论数据分析对标出被动阀的扭簧在初始预紧力下被动阀背压与阀门开度的关系具体结构包括
气源（1），用于提供不同流量大小的气流；
连接管（2），设置在气源（1）的出气端；
待测被动阀（4），设置在连接管（2）的另一端；
压力传感器（5），设置在连接管（2）上靠近待测被动阀（4）的一侧；以及
阀门开度传感器（3），设置在待测被动阀（4）远离连接管（2）的一侧，且正对于待测被动阀（4）的阀门；
所述压力-开度修正系数的具体公式为
Figure QLYQS_1
Figure QLYQS_2
其中，L表示阀门开度，p表示被动阀背压，P表示气源压力，p/P表示实际相对压力，A表示参考相对压力值，k表示极限开度常数，a、b、c分别为压力-流量系数；
所述数据库的具体公式为
Figure QLYQS_3
其中，L表示阀门开度，/>
Figure QLYQS_4
表示被动阀背压，P表示气源压力，p/P表示实际相对压力，A表示参考相对压力值，T表示扭簧预紧力，B表示扭簧极限预紧力，m表示扭簧的极限扭力系数，k表示极限开度常数。
2.如权利要求1所述的排气系统的控制方法，其特征在于：对所述压力-开度修正系数根据预紧力变化逐步迭代具体为，在编程语言中设置变化步长为0.1N，逐步迭代。
3.一种消声器内组件，设置在消声器的腔室内，其特征在于：包括第一隔板（6）、第二隔板（7）、第三隔板（8）、第四隔板（9）、第一消声管（10）、第二消声管（11）、第三消声管（12）和被动阀（13）；
所述第一隔板（6）、第二隔板（7）、第三隔板（8）和第四隔板（9）横向间隔布置；
所述第一消声管（10）、第二消声管（11）和第三消声管（12）纵向间隔布置；
所述第一消声管（10）贯穿第三隔板（8）和第四隔板（9）；
所述第二消声管（11）贯穿第二隔板（7）、第三隔板（8）和第四隔板（9）；
所述第三消声管（12）贯穿第一隔板（6）、第二隔板（7）、第三隔板（8）和第四隔板（9）；
其中，所述第二消声管（11）的一端向纵向弯曲并周向连接于第三消声管（12），以使得第二消声管（11）与第三消声管（12）之间形成折弯段；
所述被动阀（13）设置在第三消声管（12）靠近折弯段的一端，所述第三消声管（12）的另一端延伸至腔室外；
被动阀（13）中扭簧的预紧力通过权利要求1或2所述的排气系统的控制方法获取。
4.如权利要求3所述的消声器内组件，其特征在于：所述第一消声管（10）的直径大于第二消声管（11）的直径，所述第三消声管（12）的直径大于第二消声管（11）的直径；
所述第一消声管（10）的长度小于第二消声管（11）的长度，所述第二消声管（11）的长度小于第三消声管（12）的长度。
5.如权利要求3或4所述的消声器内组件，其特征在于：所述第一隔板（6）与第二隔板（7）之间连接有第一加强筋（14），所述第二隔板（7）与第三隔板（8）之间连接有支撑板（15），所述第三隔板（8）与第四隔板（9）之间连接有第二加强筋（16），所述第一隔板（6）、第二隔板（7）、第三隔板（8）和第四隔板（9）之间贯穿设置有第三加强筋（17）。
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