CN1654791A

CN1654791A - 一种内燃机的排气消声器

Info

Publication number: CN1654791A
Application number: CN 200410025873
Authority: CN
Inventors: 王振武
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-02-10
Filing date: 2004-02-10
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2024-02-10
Also published as: CN100339570C

Abstract

本发明公开一种内燃机，特别是用于摩托车或汽车使用的消声器。本发明是在一个密闭的腔室上设有两个与外相通的管，其中一个是与内燃机尾气管相接的进气管，另一个是将密闭腔室与外界相通的排气管，在与内燃机尾气管相接的进气管的管壁上沿管的轴向等距开有数排气孔，且各排气孔上的数量随与进气口距离的增加而增加。

Description

一种内燃机的排气消声器

技术领域

本发明涉及一种内燃机使用的排气消声器，特别是用于摩托车或汽车使用的排气消声器。

背景技术

现有内燃机消声器主要是利用装置内的吸音装置阻挡或将噪声能量吸收的原理，实现消除噪声的目的。现有消声器一般结构较为复杂，同时因其消声机理，使排气阻力加大，这反而会影响内燃机的正常工作。

例如中国发明专利申请85109438公开的“气阻式内燃机消声器”采用了变流和注气消声技术设计的一种新型内燃机消声器。它由消声器外壳、导流室、扩张室、注气室和多孔圆柱共鸣室组成。该消声器设计独特，消声频带宽，消声效果可能较好，但其结构相对要复杂一些。

又如中国实用新型专利02277729.6公开的“高效除噪消声器”，采用塑料、金属等材料设置成多边锥体，多边锥体设有外罩，锥体外罩内设有锥芯，形状呈喇叭状，在锥体外罩与锥芯上设有若干微孔，锥体外罩安装在多孔吸声板内，锥芯尾端设置于空气室内。从所公开的结构来看这种消声器不仅结构复杂，而且可能会使发动机排气阻力有较大增加。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，提供一种结构较为简单，有更好的消声效果，排气更为通畅，排气阻力最小的新型消声器。

本发明是由一个用于延迟流通气流声波的移相管，一个密闭的腔室和一端位于密闭的腔室内而另一端与外界相连通的排气管组成，其中移相管的进气口与发动机的排气口连通，移相管的排气口与密闭的腔室连通，且移相管的管壁上设有至少一个分流孔，各分流孔与密闭的腔室连通，与移相管排气口最近的横截面上的各分流孔径面积之和等于排气口面积的0.10～0.99倍，与该截面相邻的第二个截面上的各分流孔径之和等于该截面各分流孔径之和的0.10～0.99倍，且第N+1个截面上的各分流孔径之和等于第N截面上各分流孔径之和的0.10～0.99倍。

本发明中如果将移相管置于密闭的腔室之内，可使其结构更为简单。

另外在本发明中移相管可以呈园型布置，也可以呈S型布置，还可以呈多圈螺旋状布置，甚至于将移相管制成方框环型布置，或者制为方框螺旋状布置。

对更为特殊的应用领域，本发明还可以是将前述的至少两个消声器串联而成，其中第一个消声器的排气管为第二个消声器的进气管。

本发明还可以将前述的移相管改为排气移相管，将前述的排气管作为进气管，形成由一个用于延迟流通气流声波的移相排气管，一个密闭的腔室和一端位于密闭的腔室内而另一端与发动机排气管相连通的进气管的组成的内燃机用的排气管，其中的排气移相管的进气口与密闭的腔室连通，排气移相管的排气口与外界连通，排气移相管的管壁上设有至少一个分流孔，各分流孔与密闭的腔室连通，与排气移相管进气口最近的横截面上的各分流孔径面积之和等于进气口面积的0.10～0.99倍，与该截面相邻的第二个截面上的各分流孔径之和等于该截面各分流孔径之和的0.10～0.99倍，且第N+1个截面上的各分流孔径之和等于第N截面上各分流孔径之和的0.10～0.99倍。根据相关的试验它与前述结构的消音器有几乎相同的效果。

在这种基本结构下排气移相管可以位于密闭的腔室之内。另一方面本发明的排气移相管可以是园型布置的，也可以是S型布置的，还可以是呈多圈螺旋状布置，方框型布置，还可以呈方框螺旋状布置。而且也可以用这样的两个消声器串联而成，其中第一个消声器的排气口为第二个消声器的进气口。

特别需要说明的是本发明的移相管上所开的分流孔可以是规则设置，例如等距分段设置，也可以不规则连续排列。

本发明由于有一个能使气流微分排放的移相管，和用于经微分排放的气体的密闭腔室，特别是在移相管处于密闭容器内部的结构中，进入移相管中的部分气体按气流的行进方向，通过分流孔进行泻放，这样就使从移相管流过的气流脉冲在通过小孔时，向密闭容器空间排放一点，而剩余脉冲气流和声波通过后边的分流孔和移相管路的出气端口流出。在密闭容器内另外开设同进气管路通气量相同的排气出口，排气口的进气端位于密闭容器之内，而排气口的出气端位于密闭容器之外，直接连通大气或加装管路后引入适当位置排放。

本发明的原理是：将内燃机爆发时产生的大幅度窄脉冲声波，利用其在一个流过的流通管路的行程进行延迟相移，并通过管路壁上所开设的许多分流孔相继分流，并对气流所携带的声波进行移相，将一个大幅度、高响度的窄脉冲分解成多个相位相延滞后的小幅度窄脉冲串，再通过密闭腔室内的大空间作用进行类似的积分、组合、滤波等加工，处理成为小幅度低响度的宽脉冲。而且在这一过程中，对脉冲声音气流基本无阻挡作用，或者阻挡很小，同时将气流及所携带的声波一部分一部分的相继分时移相和分流泻放，在密闭腔室中再把后一泻放的小脉冲连接在前一个泻放的小脉冲尾部，使单个大幅度的突爆声波气流，转变为多个小起伏连在一起的脉动声波气流串，此气流串在密闭腔室内的大空间作用下，产生类似组合、滤波作用，形成小幅度的宽脉冲。

本发明工作过程如下：当发动机工作中产生的爆发脉冲流入移相管路时，由于移相管路内的气压高于管路外的气压，管内脉冲声波气流会依次通过移相管上所设的分流孔不断排放到管路外的密闭空腔中。在这一工作过程中，气流遇到前一分流孔必然早于到达后一分流孔的时间，后一分流孔流出的声波气流脉冲自然延迟出现在前一脉冲之后。由于经分流孔流出的声波脉冲是从总脉冲气流中分解出来的，波峰强度小于总脉冲声波的波峰强度；相继延迟出现使后续波峰产生相移，先后移相的各个小波峰会依次后移措开排列成串，在移相管路外的空腔中重新组和，成为一个有数个小起伏脉冲串联的宽脉冲，此宽脉冲因为是小脉冲的依次延滞后连接，波峰相位相互错开，所以连接后脉冲的宽度得到了延续，而脉冲的高度仍然是小脉冲的峰值，结果是：利用增加脉冲的宽度降低了脉冲的强度。

通过管壁上的分流孔实现的气流泻放及对声波的移相功能发明人称之谓微分功能。由于每一个或每一段分流孔的孔径是移相管路总口径的数分之一至数十分之一，从每一分流孔出现的脉冲气流声音幅度，也是总气流声音的数分之一至数十分之一；移相功能是管路上前一分流孔至后一分流孔(注：本文中分流孔的前后是指沿移相管轴向的位置)的路程决定的，前一小孔至后一小孔的距离除以气流声速，就是后一小孔比前一小孔出现脉冲的滞后时间，滞后的时间使脉冲波峰相位后移。多个经过微分产生的相位相继后移的小幅度脉冲气流，还必须按分流出来的先后顺序依次流向出口，才能形成一个低幅度小起伏的排气气流。由于声音的强度是波动幅度，降低了波动幅度的气流输出，也就降低了排气气流的噪声音量和响度。

在本发明中微分的作用是将一个大幅度窄脉冲分解为多个小幅度窄脉冲，移相的作用是，将分解出来的多个小幅度窄脉冲进行延迟移相。微分移相两种作用是同时具备，缺一不可，如果是只分解不移相，重新组合时波峰对波峰，尽管是多个小幅度窄脉冲，但同相迭加时波峰能量重合在一起，仍然组合成一个大幅度窄脉冲，声音强度不会改变，如果是只移相不微分，将一个波峰移过几个波峰之后，波峰的幅度也不会降低，声音强度也不会改变，所以必须经过微分降幅，延迟移相组合，才能达到降低噪声的目的。

本发明的具体实施结构见下：

根据内燃机工作时，爆发声波脉冲在排气门开启的瞬间产生，脉冲波宽随内燃机转速的增加而缩短，脉冲强度随转速的增加而提高，而且脉冲能量很大，因此外层壳体必须要用一定的钢性材料并具有弧线结构的几何外形，使壳体在内部的强力气流冲击时不发生变形，不使声音通过壳体传递出来。

移相管路的管壁上按气流行进方向由小至大，或由少至多或分段或连续开设气流分流孔，其最后一个或一组的分流孔，即与移相排气管的排气端口最近的一个或一组分流孔的孔径总面积为排气端口面积的0.10～0.99倍，与移相管排气端口相距第N+1个截面上的各分流孔径之和等于与移相管排气端口相距第N个截面上各分流孔径之和的0.10～0.99倍。根据试验，在不同结构中递减数量值，前一个是后一个的1/2-4/5倍之间选择可能为最佳值。在一级排气消声装置内，分流空的数量最少为1个或1组，最多数量不限。经验表明，分流孔的孔径越小，数量越多越好，它可使声波气流在通过孔壁时增加磨擦，进一步提高消声效果。

经验表明，移相管路的长度一般不要低于内燃机最高转速时，最短脉冲突起波长的1/2。例如：四缸四行程内燃机在6000转时的脉冲突起波长为0.66米，0.66乘以1/2为0.33米，移相管路的长度应在0.33米以上。移相管路的长度越长越好，但是达到最短移相管路的长度10倍时，排气噪声已非常微弱，继续增加移相管路的长度必要性不大。

如果移相管路曲折到达出口，前一个微分口到排气出口的距离，比后一个微分口到排气出口的距离更远，前一个微分口到排气出口的距离，同后一个微分口到排气出口的距离之差为同相位距离，这段距离无移相作用，在设计移相管路时应延长此段长度后才能达到相应的移相时间。

移相管路的断面面积及外形同原有排气管配套即可。

本装置的结构中如果将进气口同排气口互换使用，其消声效果与前相同。

本发明有以下优点：

1.结构简单加工成本低

2.对气流阻力小，对内燃机工作影响小

3.消音效果可任意设置，单级应用也可多级串联应用

4.可加工成多种外形以适用于各种环境

5.可采用能满足温度要求，机械强度，易于加工的各种材料

附图说明

图1为本发明的最佳实施实例

图2为本发明的第二种最佳实施实例

图3为本发明的第三种最佳实施实例

图4为移相管路呈S型曲折设置实施实例

图5为二级串联设置实施实例

在上述图中：

A为密闭空腔。

B1为移相管，其上：K1为进气口，K2为出气口；F1，F2，…，F6，…，F12分别为分流孔。

B2为排气管，其上K3进气口，K4为排气口。

图4中B2`为第二组消声器的移相管，K1`为管B2`的进气口，K2`为管B2`的出气口，A1为第一级消声器的密闭空腔，A2为第二级消声器的密闭空腔。

具体实施方式

以下结合附图和本发明的实施例详细解说。

图1所示装置的结构为：A为系统装置的密闭空腔，在其内设有移相管B1和排气管B2。在管B1的管壁上分别开有等距排列的6组分流孔F1至F6。其工作原理是：流入管B1的气流首先从F1的位置流出，并顺序通过其后的分流孔F2-F6，以至排气口K2流出，进入A腔内。经F1-F6、K2微分流出的脉冲声波气流，在空腔A的空间经过积分混合后再从K3进入管B2的通道经K4口流出。

从图中可以看出，爆发脉冲声波气流当进入移相管B到达分流孔F1时，会有部分气流从F1流出，剩余声音气流继续前行，到达F2时又有一部分从F2流出，再剩余部分分别到达F3、F4、F5、F6继续分流流出，最后剩余气流全部经K2流出。F2流出的声波和气流同F1流出的声波和气流，会滞后一段时间为T1，F3滞后F2的时间为T2，F5滞后F4的时间为T3，F6滞后F5的时间为T4，K2滞后F6的时间为T5。由于K3口同F1分流口最近，F1当出现脉冲气流后很快进入K3口流出，F2的脉冲气流流出后在到达K3通道口时，大约还要经过一次T1的时间量，因此F2分流出的脉冲气流，比F1分流出的脉冲气流大约滞后两个T1的时间量。F3、F4、F5、F6以及K2口在实际工作时，后一个分流出现的脉冲气流，都是比前一个分流出现的脉冲到达K3口的时间，滞后移相管双倍的移相时间量，从而会使脉冲气流的移相角度增加一倍，也就相当于移相管路长度增加一倍。此种结构方案可以有效减小移相管路及系统装置的体积和成本。

由于F1分流口在移相管路的最前方，脉冲气流的压强最大，F1口排出一部分后，剩余部分到达F2口时压强相应减小，其后F3、F4、F5、F6口的压强越后越小，当到达K2口时压强同腔室内压强基本平衡，因此，所有分流口的工作状况是不同的，在不同的工作状况下，如果要达到F1-F6、K2各出口出现的脉冲气流流量基本一致，F1孔径必须要小，随着有前到后微分孔的不断分流，脉冲气流的压强不断降低，F2-F6的孔径应该依次加大。在本实施例中与移相管B的排气口K2最近的一组分流孔(即F6)的孔数量为32个，而其前一组孔(即F5)的孔数量为16个，依次减少，而F1组仅为1个孔。

图1所示结构的实际应用实例：

内燃机型号491QE；燃料气油；结构4缸4冲程；排量2.23L；最大转速6000转

本装置结的实际结构数值为：

A：内径100mm，长度660mm；

B1：内径36mm，位于A室内长度620mm；

B2：内径36mm，位于A室内长620mm；

K1＝K2＝K3＝K4截面积1017mm²；

分流孔F1-F6的总孔径面积为：F1＝16mm²，F2＝32mm²，F3＝64mm²，F4＝128mm²，F5＝256mm²，F6＝512mm²

本实施例实测结果如下：在发动机转速为750转时，装置入口处音量为105db，装置出口处为75db；在发动机转速为2000转时，装置入口处为108db，装置出口处为86db。

图2装置中将排气管B2制成短管，并将其置于与移相管B1平行位置，且其排气口与B1管的进气口处于同一端。本结构相对结构最简单，但工作原理相同，消声效果同图1也完全一样。

图3为移相管呈环型设置的结构，同样可以看出，将称相管设置为方形或长方形环状等形状也是可以的。另一方面，也可以将移相管制成圆螺旋或方螺旋结构，这样将移相管路连续延伸盘绕，可大大加长移相管路长度，进一步加强消声效果。

图4为移相管呈S形曲折设置的结构装置。

图5是用2级本发明前述的消声器串联的结构装置。

本发明的实施例中移相管上的分流孔是规则分段设置，但也可以不分段不规则的连续设置，但只要分流孔由小至大或由疏至密排列在整条移相管路上，即可以同样达到良好的消声效果。

如果将前述的结构倒过来使用，即将移相管作为进气管，而将原来的排气管作为进气管使用，也可以有同样的消声效果。

Claims

1、一种内燃机的排气消声器，其特征是由一个用于延迟流通气流声波的移相管，一个密闭的腔室和一端位于密闭的腔室内而另一端与外界相连通的排气管组成，其中移相管的进气口与发动机的排气口连通，移相管的排气口与密闭的腔室连通，且移相管的管壁上设有至少一个分流孔，各分流孔与密闭的腔室连通，与移相管排气口最近的横截面上的各分流孔径面积之和等于排气口面积的0.10～0.99倍，与该截面相邻的第二个截面上的各分流孔径之和等于该截面各分流孔径之和的0.10～0.99倍，且第N+1个截面上的各分流孔径之和等于第N截面上各分流孔径之和的0.10～0.99倍。

2、根据权利要求1所述的一种内燃机的排气消声器，其特征是移相管位于密闭的腔室之内。

3、根据权利要求2所述的一种内燃机的排气消声器，其特征是移相管呈园型布置。

4、根据权利要求2所述的一种内燃机的排气消声器，其特征是移相管呈S型布置。

5、根据权利要求2所述的一种内燃机的排气消声器，其特征是移相管呈多圈螺旋状布置。

6、根据权利要求2所述的一种内燃机的排气消声器，其特征是移相管呈方框环型布置。

7、根据权利要求2所述的一种内燃机的排气消声器，其特征是移相管呈方框螺旋状布置。

8、根据权利要求1至7所述的任一种内燃机的排气消声器，其特征是至少用前述的至少两个消声器串联而成，其中第一个消声器的排气管为第二个消声器的进气管。

9、一种内燃机的排气消声器，其特征是由一个用于延迟流通气流声波的移相排气管，一个密闭的腔室和一端位于密闭的腔室内而另一端与发动机排气管相连通的进气管的组成，其中排气移相管的进气口与密闭的腔室连通，排气移相管的排气口与外界连通，排气移相管的管壁上设有至少一个分流孔，各分流孔与密闭的腔室连通，与排气移相管进气口最近的横截面上的各分流孔径面积之和等于进气口面积的0.10～0.99倍，与该截面相邻的第二个截面上的各分流孔径之和等于该截面各分流孔径之和的0.10～0.99倍，且第N+1个截面上的各分流孔径之和等于第N截面上各分流孔径之和的0.10～0.99倍。

10、根据权利要求9所述的一种内燃机的排气消声器，其特征是排气移相管位于密闭的腔室之内。

11、根据权利要求10所述的一种内燃机的排气消声器，其特征是排气移相管呈园型布置。

12、根据权利要求10所述的一种内燃机的排气消声器，其特征是排气移相管呈S型布置。

13、根据权利要求10所述的一种内燃机的排气消声器，其特征是排气移相管呈多圈螺旋状布置。

14、根据权利要求10所述的一种内燃机的排气消声器，其特征是排气移相管呈方框型布置。

15、根据权利要求10所述的一种内燃机的排气消声器，其特征是排气移相管呈方框螺旋状布置。

16、根据权利要求9至15所述的任一种内燃机的排气消声器，其特征是至少用前述的至少两个消声器串联而成，其中第一个消声器的排气口为第二个消声器的进气口。