CN1603590A - 带有内部热屏蔽的消声器 - Google Patents

Abstract

一种排气消声器包括由金属材料形成的上、下外壳。一热屏蔽置于消声器中邻近上外壳处。热屏蔽由构制成与上外壳的凹形内表面相嵌套的高密度纤维绝热衬垫构成。

Description

带有内部热屏蔽的消声器

本申请要求2003年9月5日提交的美国临时专利申请No.60/500,500的优先权。

技术领域

本发明涉及一种热屏蔽式车辆排气消声器。

背景技术

在机动车辆的发动机中所进行的燃烧产生大量的受热有害气体以及大量的噪声。因此，所有的机动车辆都包括一排气系统，排气系统将来自发动机的废气运送至车辆上的一个可以安全排放热废气的位置。另外，排气系统包括用于将废气中的某些有害化合物转变成有害性较小的气体的部件。排气系统的部件还起衰减与由发动机中的燃烧过程所产生的流动并快速膨胀中的气体相关的噪声的作用。

典型的排气系统从靠近车辆前部的发动机机舱延伸至一可安全排放废气的位于或靠近车辆后部的位置。排气系统包括多根管子、一催化转化器以及至少一个消声器。车辆的这些不同部件必须与车辆的其它必需部件争占位于车辆下方的空间。消声器通常是排气系统中的最大部件，因此也最难以安放于车辆上。冲压成形技术容许排气系统的设计人员自由地选择能够嵌套于位于车辆下方的空间中的适当构制的消声器。

由于在产生废气的燃烧过程中产生高温，因而在经过短时间工作之后，整个排气系统就变得很热。由于设计的排气系统要适配于位于车辆下方的有限空间中这样的事实，通常就要将排气系统的某些部件置于靠近车厢、行李厢或车辆上的其它热敏部件或部分处。因此，大多数排气系统必须包括至少一个热屏蔽，包括靠近消声器的热屏蔽。

消声器所用的典型热屏蔽为一通过冲压或利用其它方法成形而成与消声器的形状基本上一致的金属薄板。热屏蔽可带有提供用于将热屏蔽连接于消声器上的较小面积的腿或其它结构。然而，典型热屏蔽的主要部分与消声器的外壳相隔开以便提供一气隙，该气隙将会把车辆的敏感区域与受热消声器隔离开。热屏蔽通常通过焊接方法固定于消声器上。然而，现有技术中也采用了其它连接装置，例如带条、铆钉或折叠接缝。

热屏蔽可设计成充分地执行其主要热屏蔽功能。然而，热屏蔽的金属增加了排气系统的成本和重量。在这一点上，汽车制造商对供应商施加了大量的压力来减少其产品的尺寸和重量，以便提高车辆的燃料效率并且尽可能增大车辆的其它部件可用的空间。另外，汽车工业竞争非常激烈因而汽车工业的供应商一直不断地在寻求节省成本。即使很小的成本下降也能具有重要的商业优势。

现有技术的热屏蔽还产生了潜在的维修问题。特别地，热屏蔽的零件必须一定与消声器相隔开以便执行热屏蔽功能。因此，热屏蔽要比消声器的邻近区域凉得多。热屏蔽与消声器之间的温差导致热膨胀差异的产生。因此，当消声器经过其加热和冷却循环时，热屏蔽与消声器之间的焊件或其它此类连接装置就会反复受到相当大的力。另外，整个排气系统在使用时会受到相当大的振动。因此，热屏蔽与消声器之间的焊接连接装置就会受到破坏。受破坏的连接将会引起热屏蔽对着消声器的外部并且/或者对着车辆的其它邻近零件振动。这种振动将会产生非常令人讨厌的噪声。可以设计热屏蔽与消声器之间的折叠连接来容纳差异热膨胀过程中的一些运动，而不会对消声器与热屏蔽之间的长期连接带来负面影响。然而，折叠或者其它此类机械连接在使用时也会受到振动，因此也可产生令人讨厌的噪声。

一种排气系统的消声器包括一外壳，外壳带有至少一个连往排气管的入口和至少一个连往尾管的出口。消声器的内部包括一管和/或挡板阵列，这些管和/或挡板设计用于容许废气按照将会衰减与流动废气相关联的噪声的方式发生受控的膨胀。某些消声器包括由消声器中的横向挡板支承的常规型管状管子。挡板在消声器内限定了腔室并且管子用于使各个腔室互相连通。其它消声器包括冲压成形的内板以便在消声器内限定废气通道和挡板。某些消声器内的某些腔室中填充有松散阵列的纤维，例如玻璃纤维或E玻璃。纤维阵列填充着腔室，但是它们的排列足够松散以便容许废气在腔室中膨胀并且流过纤维阵列。纤维阵列有助于消声器的内管和腔室的噪声衰减功能。

鉴于以上内容，本主题发明的一个目的是提供一种用于实现有效的热屏蔽而不存在与安装于外部的金属热屏蔽相关联的上述问题的消声器。

本主题发明的另一个目的是提供一种不存在与置于外部的金属构件相关联的成本、尺寸和重量方面问题的热屏蔽式消声器。

本主题发明的另外一个目的是提供一种不可能产生振动相关的噪声的消声器所用热屏蔽设置结构。

发明内容

本发明涉及一种带有一外壳的排气消声器，该外壳具有内、外表面。消声器包括一由覆盖着外壳内表面的至少一部分的单层高密度纤维绝热衬垫形成的热屏蔽。绝热衬垫可由连续或不连续玻璃纤维、陶瓷纤维或具有隔热性能的任何其它类型的纤维制成。绝热衬垫可预成型成基本上与由消声器的外壳内表面所限定的形状的至少一部分相一致。在其它实施例中，绝热衬垫可就地形成。

绝热衬垫可层压以一薄层金属箔。金属箔优选地由将能承受暴露于消声器中的环境下的材料形成。箔可置于绝热衬垫的朝向消声器外壳的一侧上或者置于朝向消声器内的一侧上。

消声器可还包括一隔音填料阵列，例如玻璃纤维或E玻璃阵列。玻璃纤维或E玻璃填料执行已知的隔音功能。然而，用于执行隔音功能的玻璃纤维或E玻璃填料的密度防止填料执行显著的隔热功能。因此，隔音玻璃纤维或E玻璃填料的功能和结构与热屏蔽绝热衬垫不同。另外，填料可执行将热屏蔽绝热衬垫保持就位的功能。

消声器可至少部分由冲压成形的部件制造。特别地，消声器可包括第一和第二外壳，它们各自具有一周边凸缘和至少一个从周边凸缘延伸的腔室。第一和第二外壳的周边凸缘的尺寸和构制可以使得其互相对齐。第一外壳可为放置成嵌套于位于车辆下方的选定空间中的上外壳。热屏蔽高密度纤维绝热衬垫可放置成与上外壳的内表面相嵌套，因此起将车辆的邻近区域与由消声器产生的热相隔离的作用。

消声器可还包括至少一个带有一通道和/或孔阵列的内板。这些通道和/或孔起引导废气通过消声器的作用。隔音E玻璃填料可置于消声器的内板与高密度纤维绝热衬垫的热屏蔽层之间。

热屏蔽高密度纤维绝热衬垫比安装于消声器外部的常规型金属热屏蔽便宜得多。另外，高密度纤维绝热衬垫比置于消声器外部的常规型金属热屏蔽重量轻得多。此外，置于内部的高密度纤维绝热衬垫并不产生与热膨胀差异相关的上述问题并且在由于热膨胀差异引起连接点受到破坏的情况下并不产生振动相关的噪声。

附图说明

图1为一种根据本主题发明的消声器的部件分解透视图。

图2为装配好的消声器的透视图。

图3为消声器的俯视图。

图4为沿图3的4-4线剖开的剖面图。

图5为沿图3的5-5线剖开的剖面图。

具体实施方式

一种根据本主题发明的消声器在图1和2中总体上由数字10来标示。消声器10包括上、下外壳12和14以及一内板15，它们由金属材料冲压而成或通过其它方法形成。上外壳12包括一基本上为平面的周边凸缘16和一从由周边凸缘所限定的平面向上延伸并伸出该平面之外的腔室18。上外壳12包括一基本上为凹形的内表面20和一基本上为凸形的外表面22。另外，上外壳12包括一入口通道24和一出口通道25，它们各自从周边凸缘16延伸进入与腔室18的凹形内表面20相连通。

下外壳14包括一平面的周边凸缘26和一从由周边凸缘26所限定的平面向下延伸并伸出该平面之外的腔室28。腔室28限定了一凹形内表面30和一凸形外表面32。下外壳14的特征还在于一入口通道34和一出口通道35，它们与由腔室28所限定的凹形内表面30相连通。

上、下外壳12和14构制成使得其周边凸缘16和26能够互相对齐。另外，当周边凸缘16和26对齐时，入口通道24和34与出口通道25和35互相对齐。这样，对齐的入口通道24和34就可固定于一排气管(未示出)上以便提供通向消声器10内部的废气连通通道。类似地，对齐的出口通道25和35可固定于一尾管(未示出)上以便提供发自消声器10内部的废气连通通道。上、下外壳12和14的构型可以采用任何形式，并不限于图中所示的基本上为矩形的形式。

内板15包括一外周边36，外周边36的尺寸和位置使得其大致与上、下外壳12和14的周边凸缘16和26对齐。内板15的位于外周边36以内的部分带有一通气孔38的阵列，这些通气孔38提供了从内板15的一侧到另一侧的连通通道。内板15还包括一入口通道44和一出口通道45。入口通道44的位置和构型使得其与下外壳14的入口通道34嵌套在一起。出口通道45的位置和构型使得其与上外壳12的出口通道25嵌套在一起。利用这种设计，周边凸缘16和26可在内板15的相对两侧通过激光焊接之类的方法牢固地互相固定在一起，因此内板15的周边36就有效地夹于上、下外壳12和14的周边凸缘16和26之间。

利用这种特定设计，一通向消声器10的入口就限定于内板15的入口通道44和上外壳12的入口通道24之间。一发自消声器10的出口就限定于内板15的出口通道45和下外壳14的出口通道35之间。利用这种特定设计，废气最初将被引入消声器10的位于内板15与上外壳12之间的部分。然后废气将流过通气孔38并且将扩散入限定于内板15和下外壳14之间的腔室中。然后废气将通过限定于下外壳14的出口通道35与内板15的出口通道45之间的出口排出消声器10。也可以采用其它构型。例如，现有技术中充满了具有上、下板的消声器的实例，其中上、下板互相面对面接合地在上、下外壳12和14的周边凸缘16与26之间固定在一起。这些上、下内板带有通道和孔阵列以便在消声器入口与出口之间提供选定的废气流型。废气流的型式根据发动机的声学特征、消声器的尺寸和形状以及许多其它设计因素来选择。另外，排气管或尾管的一部分可延伸入消声器中以便有助于和一个或更多内板协同实现选定的流型。流型和内板的构型对于本主题发明来说并非关键因素，因而在此不再进行更详细地描述。

消声器10还包括一热屏蔽50，热屏蔽50由高密度纤维绝热衬垫形成，其构制成与上外壳12的凹形内表面20相嵌套。衬垫可由连续或不连续玻璃纤维、陶瓷纤维或其它类型的纤维绝热材料形成，该材料在热和压力下被压缩成基本上与由上外壳12的腔室18所限定的形状相一致的形状。热屏蔽50可还包括粘附于热屏蔽50的至少一个表面上的一薄层不锈钢箔。热屏蔽50优选地被压缩至大约为5-11磅每立方英尺的密度范围。热屏蔽的厚度可以根据各种应用场合而改变，但是通常将处于1/4-5/8英寸的范围内。

消声器10可还包括一置于内板15与热屏蔽50之间的E玻璃填料52阵列。填料52只在出于声学考虑需要填料的这些情况下才会提供，并且可以不是全部消声器10的基本部分。填料52不需要由与热屏蔽50相同的材料形成，并且通常密度要比热屏蔽50低得多。例如，填料的密度范围可为80-120克每升。

热屏蔽50在上外壳12与邻近的机动车零件之间提供了非常有效的绝热。另外，热屏蔽50的成本和重量都比安装于消声器外部的常规型金属热屏蔽低得多。此外，与常规型安装于外部的热屏蔽的连接问题相比，热屏蔽50不会引起与热膨胀差异相关的连接问题。因此，不存在因热屏蔽50而产生振动相关的噪声的可能性。

Claims (20)

1.一种热屏蔽式消声器，包括：

一第一外壳，具有一周边凸缘和一从周边凸缘伸出的腔室，腔室限定了一凹形内表面；

一第二外壳，具有一固定于第一外壳的周边凸缘上的周边凸缘，所形成的外壳限定了至少一个通向消声器的入口和至少一个发自消声器的出口；以及

一热屏蔽，包括构制成与第一外壳的腔室的至少一部分的凹形内表面相一致的高密度纤维。

2.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，热屏蔽由连续纤维形成。

3.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，热屏蔽由不连续纤维形成。

4.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，热屏蔽由玻璃纤维形成。

5.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，热屏蔽由陶瓷纤维形成。

6.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，热屏蔽的纤维的密度大约为5-11磅每立方英尺。

7.根据权利要求6所述的消声器，还包括一基本上在邻近热屏蔽处置于消声器中的隔音材料。

8.根据权利要求7所述的消声器，其特征在于，隔音材料由E玻璃形成。

9.根据权利要求7所述的消声器，其特征在于，隔音材料的密度范围为90-120克每升。

10.根据权利要求9所述的消声器，还包括至少一个位于外壳之间的内板，隔音材料基本上填充了限定于内板与热屏蔽之间的消声器容积。

11.根据权利要求7所述的消声器，其特征在于，热屏蔽的厚度为1/4-5/8英寸。

12.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，热屏蔽还包括至少一层固定于热屏蔽的高密度纤维的至少一个表面上的金属箔。

13.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，第二外壳限定了一位于周边凸缘内的腔室，第二外壳的腔室具有一凹形内表面。

14.根据权利要求13所述的消声器，还包括至少一个限定了入口与出口之间的气体连通结构的内部件。

15.一种用于形成热屏蔽式消声器的方法，包括：

形成具有一周边凸缘和一位于周边凸缘内侧的凹形表面的第一外壳；

在邻近第一外壳的凹形表面处嵌套一压缩纤维垫料以便限定一热屏蔽；以及

将一第二外壳固定于第一外壳的周边凸缘上以便在热屏蔽与第二外壳之间限定一腔室。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括在邻近第一外壳的凹形表面处放置热屏蔽的散纤维，然后对着凹形表面就地压缩纤维以便形成与凹形表面嵌套的压缩纤维垫料。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括将至少一层金属箔固定于所述热屏蔽的至少一个表面上。

18.根据权利要求15所述的方法，还包括将一阵列的隔音纤维放置于所述腔室中基本上邻近所述热屏蔽处。

19.根据权利要求15所述的方法，还包括将一松散纤维阵列压缩成与由凹形表面所限定的形状相一致的压缩纤维垫料，然后执行将压缩纤维垫料嵌套于邻近凹形表面处的步骤。

20.根据权利要求15所述的方法，还包括将至少一个内板固定于第一和第二外壳之间以便在内板与热屏蔽之间限定腔室的至少一部分。

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