CN215595690U - 一种消声器及发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及发动机配件技术领域，公开了一种消声器及发动机。该消声器包括壳体、进气管和排气管，壳体具有回流腔、吸声腔、第一膨胀腔以及第二膨胀腔，吸声腔内填充有吸音材料；进气管出气口位于第二膨胀腔，排气管进气口位于第一膨胀腔；回流腔与第二膨胀腔间设有第一穿孔管，第一穿孔管在位于吸声腔内部分设有穿孔；回流腔与第一膨胀腔间设有第二穿孔管，第二穿孔管在位于吸声腔内部分设有穿孔；第一穿孔管、第二穿孔管用以连通第二膨胀腔、回流腔以及第一膨胀腔，以在进气管与排气管间形成气体流动通道；还包括第二膨胀腔两侧的两个共振腔，每个共振腔通过导气管与第二膨胀腔连通。该消声器用以提升消声能力、扩大消声频带宽以及减小背压。

Description

一种消声器及发动机

技术领域

本实用新型涉及发动机配件技术领域，特别涉及一种消声器及发动机。

背景技术

消声器是安装在空气动力设备的气流通道上或进、排气系统中的降噪装置。现有发动机中一般安装有消声器，以降低排气噪声。图1为实验测量的一种发动机的排气噪声频谱。由图1中可以看出，无论是在低频还是在高频，发动机的噪声幅值都很高。

并且考虑到发动机的排气噪声频率随转速的变化而发生变化，因而如何提供一种消声能力强、消声频带宽、以及背压低的消声器是亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种消声器及发动机，该消声器用以提升消声器的消声能力、扩大消声器的消声频带宽以及减小消声器的背压。

为达到上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

第一方面，本申请提供一种消声器，包括：壳体、与所述壳体连接的进气管和排气管，所述壳体内部通过隔板分隔成多个腔室，所述多个腔室包括沿所述壳体的延伸方向依次设置的回流腔、吸声腔、第一膨胀腔以及第二膨胀腔，所述第一膨胀腔、第二膨胀腔以及所述吸声腔用于消减主频率在1K-8K赫兹范围内的高频噪声，还用于消减主频率在350-1K赫兹范围内的中频噪声，其中：

所述进气管的出气口位于所述第二膨胀腔，所述排气管的进气口位于所述第一膨胀腔；所述回流腔与所述第二膨胀腔间设有用于连通所述回流腔与所述第二膨胀腔的第一穿孔管，所述第一穿孔管在位于所述吸声腔内的部分设有若干穿孔；所述回流腔与所述第一膨胀腔间设有第二穿孔管，所述第二穿孔管用于连通所述回流腔与所述第一膨胀腔，且所述第二穿孔管在位于所述吸声腔内的部分设有若干穿孔；所述第一穿孔管、所述第二穿孔管用以连通所述第二膨胀腔、回流腔以及所述第一膨胀腔，以在所述进气管与所述排气管间形成气体流动通道；

所述多个腔室还包括位于所述第二膨胀腔两侧、用于消减主频率在20-350赫兹范围内低频噪声的两个共振腔，每个所述共振腔通过导气管与所述第二膨胀腔连通。

上述消声器中，该消声器包括壳体、与壳体连接的进气管和排气管。壳体的内部被隔板分隔成多个腔室，具体来说，多个腔室包括沿壳体的延伸方向依次设置的回流腔、吸声腔、第一膨胀腔以及第二膨胀腔。同时，第二膨胀腔的两侧设有两个共振腔。当消声器应用于发动机的排气系统时，发动机排出的尾气进入消声器的进气管，之后经进气管的出气口进入第二膨胀腔。部分进入第二膨胀腔的气体经导气管进入与该第二膨胀腔连通的共振腔，每个共振腔均可以消减主频率在20-350赫兹范围内低频噪声；部分进入第二膨胀腔的气体经第一穿孔管进入回流腔，之后回流腔内的气体经第二穿孔管进入第一膨胀腔；第一膨胀腔内的气体进入排气管的进气口，且经出气口导出壳体内部。值得注意的是，在气体流经第一穿管孔位于吸声腔的部分时，声音经第一穿管孔的穿孔进入吸声腔，吸声腔内的吸音材料对该部分声音进行削弱。同样的，在气体流经第二穿管孔位于吸声腔的部分时，声音经第二穿管孔的穿孔进入吸声腔，吸音材料对该部分声音进行削弱。

本申请提供的消声器在第二膨胀腔的每侧各设置一个共振腔，充分利用有限空间。由于每个共振腔均可消减主频率在20-350赫兹范围内的低频噪声，所以设置两个共振腔可以提高本申请提供的消声器在低频的消声频带。本申请提供的吸声腔内还设有吸声腔，在气体经第一膨胀腔、回流腔以及第二膨胀腔流动时，气体会流经吸声腔，第一穿孔管以及第二穿孔管的穿孔壁面与吸声腔内的吸声材料接触用来削弱中、高频噪声。值得注意的是，第一膨胀腔以及第二膨胀腔对于削弱中、高频噪声起辅助作用。具体来说，第一膨胀腔、第二膨胀腔以及吸声腔对主频率在1K-8K赫兹范围内的高频噪声以及消减主频率在350-1K赫兹范围内的中频噪声进行消减。同时，本申请实施例提供的吸声腔内回流腔引导气体流动可以降低气体压力损失，从而减小消声器的背压。

因此，本申请提供的消声器可以提升消声器的消声能力、扩大消声器的消声频带宽以及减小消声器的背压。

优选地，所述第一穿孔管的两端端部具有开口，所述第一穿孔管的一端位于所述第二膨胀腔、形成所述第一穿孔管的进气口，另一端位于所述回流腔、形成所述第一穿孔管的出气口。

优选地，所述第二穿孔管的两端端部具有开口，且所述第二穿孔管的一端位于所述回流腔、形成所述第二穿孔管的进气口，另一端位于所述第一膨胀腔、形成所述第二穿孔管的出气口。

优选地，所述第一穿孔管的两端端部具有开口，所述第一穿孔管的一端位于所述第二膨胀腔、形成所述第一穿孔管的进气口，另一端位于所述回流腔、形成所述第一穿孔管的出气口；

所述第二穿孔管的两端端部具有开口，且所述第二穿孔管的一端位于所述回流腔、形成所述第二穿孔管的进气口，另一端位于所述第一膨胀腔、形成所述第二穿孔管的出气口。

优选地，所述第一穿孔管与所述第二穿孔管平行设置。

优选地，所述两个共振腔包括第一共振腔和第二共振腔，所述第一共振腔位于所述第二膨胀腔与所述第一膨胀腔之间，所述第二共振腔位于所述第二膨胀腔背离所述第一膨胀腔一侧；连接所述第二膨胀腔与所述第一共振腔的导气管为第一导气管，连接所述第二膨胀腔与所述第二共振腔的导气管为第二导气管，所述第二导气管的轴线与所述第一导气管的轴线共线设置。

优选地，所述吸声腔内填充有可承受最高温度高于流经所述吸声腔的气体温度的吸声材料。

优选地，所述进气管位于所述第二膨胀腔的端部为封闭结构，且所述进气管的侧壁设有若干通孔，所述若干通过形成所述进气管的出气口。

优选地，所述排气管位于所述第一膨胀腔的端部为封闭结构，且所述排气管的侧壁设有若干通孔，所述若干通过形成所述排气管的进气口。

第二方面，本申请还提供一种发动机，包括上述技术方案提供的任意一种消声器。

附图说明

图1为现有技术中发动机排气噪声频谱；

图2为本申请实施例提供的消声器的立体结构图；

图3为图2中消声器沿方向c的剖视图；

图4为亥姆霍兹共振器的结构示意图；

图5为现有技术中消声器的立体结构图；

图6为现有技术中的消声器和本申请实施例提供的消声器的传递损失对比图；

图7为安装如图5所示的现有技术中消声器和安装本申请实施例提供的消声器的发动机的排气辐射噪声的频谱图像。

具体实施方式

消声器安装于空气动力设备的气流通道或进、排气系统中，以降低噪声。现有发动机的排气系统中一般安装有消声器。图1为现有技术中发动机排气噪声频谱，其中，主频率低于20-350Hz(赫兹)的声音指低频噪声，主频率在350Hz-1KHz的声音指中频噪声，主频率在1K-8KHz的声音指高频噪声。如图1所示出的内容，发动机在高频及低频区域均具有较高的噪声。

因此，本申请实施例提供一种消声器，用以提升消声器的消声能力、扩大消声器的消声频带宽以及减小消声器的背压。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本申请实施例提供一种消声器。图2为本申请实施例提供的消声器的立体结构图，请参考图2所示出的结构，该消声器包括：壳体A、与壳体A连接的进气管B1和排气管B2，壳体A内部通过隔板分隔成多个腔室，多个腔室包括沿壳体A的延伸方向c依次设置的回流腔1、吸声腔2、第一膨胀腔3以及第二膨胀腔4，第一膨胀腔3、第二膨胀腔4以及吸声腔2用于消减主频率在1K-8K赫兹范围内的高频噪声，还用于消减主频率在350-1K赫兹范围内的中频噪声，其中：

进气管B1的出气口位于第二膨胀腔4；排气管B2的进气口位于第一膨胀腔3；回流腔1与第二膨胀腔4间设有用于连通回流腔1与第二膨胀腔4的第一穿孔管5，第一穿孔管5在位于吸声腔2内的部分设有若干穿孔；回流腔1与第一膨胀腔3间设有第二穿孔管6，第二穿孔管6用于连通回流腔1与第一膨胀腔3，且第二穿孔管6在位于吸声腔2内的部分设有若干穿孔；第一穿孔管5、第二穿孔管6用以连通第二膨胀腔4、回流腔1以及第一膨胀腔3，以在进气管B1与排气管B2间形成气体流动通道；

多个腔室还包括位于第二膨胀腔4两侧、用于消减主频率在20-350赫兹范围内低频噪声的两个共振腔7，每个共振腔7通过导气管8与第二膨胀腔4连通。

上述消声器中，该消声器包括壳体A、与壳体A连接的进气管B1和排气管B2。图3为图2中消声器沿方向c的剖视图，请结合图2参考图3，壳体A的内部被隔板分隔成多个腔室，具体来说，多个腔室包括沿壳体A的延伸方向依次设置的回流腔1、吸声腔2、第一膨胀腔3以及第二膨胀腔4。同时，第二膨胀腔4的两侧设有两个共振腔7。当消声器应用于发动机的排气系统时，发动机排出的尾气经进气管B1位于壳体A外侧的进气口进入进气管B1，之后经进气管B1的出气口进入第二膨胀腔4。

对于进入第二膨胀腔4的气体来说，部分气体经导气管8进入与该第二膨胀腔4连通的共振腔7，每个共振腔7均可以消减主频率在20-350赫兹范围内低频噪声；部分气体经第一穿孔管5进入回流腔1，之后回流腔1内的气体经第二穿孔管6进入第一膨胀腔3；第一膨胀腔3内的气体进入排气管B2的进气口，且经排气管B2位于壳体A外侧的出气口导出壳体A内部。

本申请中每个共振腔7以及与之相连的导气管8相当于一个亥姆霍兹共振器，该共振腔7形成一个封闭空腔，导气管8形成一个颈。图4为亥姆霍兹共振器的结构示意图，即共振腔7与导气管8沿图2中方向d观测到的结构图。亥姆霍兹共振器共振频率的计算公式为：

式(1)中，c为声速，S_h为颈的横截面积，l_h为颈的声学等效长度，V为封闭空腔的容积。亥姆霍兹共振器消声频带宽度随着消声容积的增大而拓宽，当封闭空腔的容积确定以后，共振频率主要受颈的横截面积和长度的影响。因而，在设计共振腔7的共振频率时要合理选择，以尽可能多的覆盖不同发动机转速下产生的低频噪声。

值得注意的是，本申请实施例提供的消声器在第二膨胀腔4的每侧各设置一个共振腔7，充分利用有限空间。且由于每个共振腔7均可消减主频率在20-350赫兹范围内的低频噪声，所以设置两个共振腔7可以提高本申请实施例提供的消声器在低频的消声频带。

同时，吸声腔2内设有吸声腔2，在气体经第一膨胀腔3、回流腔1以及第二膨胀腔4流动时，气体会流经吸声腔2，第一穿孔管5以及第二穿孔管6的穿孔壁面与吸声腔2内的吸声材料21接触用来削弱中频噪声以及高频噪声。应理解，第一膨胀腔3以及第二膨胀腔4对于削弱中频噪声以及高频噪声起辅助作用。具体来说，第一膨胀腔3、第二膨胀腔4以及吸声腔2对主频率在1K-8K赫兹范围内的高频噪声以及消减主频率在350-1K赫兹范围内的中频噪声进行消减。

同时，本申请实施例提供的吸声腔2内回流腔1引导气体流动可以降低气体压力损失，从而减小消声器的背压。应理解，背压是指消声器的进气管B1的进气口静压与排气管B2的出气口静压的差值。

因此，本申请实施例提供的消声器可以提升消声器的消声能力、扩大消声器的消声频带宽以及减小消声器的背压。

在具体设置本申请实施例提供的吸声腔2时，吸声腔2内填充的吸声材料21可承受最高温度高于流经吸声腔2的气体温度。吸声材料21可吸声的原理是：吸声材料21空隙中空气分子会将声能通过摩擦转化为热能和对声波动量的改变从而达到吸声的目的。

值得注意的是，吸声材料21的声学特性一般由复波数_k和复阻抗

表示，并且复波数和复阻抗随吸声材料21填充密度的不同而发生变化。吸声材料21可以包括多孔材料和纤维材料，示例性的，本申请实施例提供的吸声腔2中吸声材料21为玻璃丝纤维，且吸声腔2内玻璃丝纤维的填充密度为200g/L。而该玻璃丝纤维可承受的最高温度为630℃，大于消声器中550℃的气体温度。

当选用玻璃丝纤维为吸声材料21时，该吸声材料21的复波数_k和复阻抗

可以表示为：

利用复波数_k和复阻抗

即可以求得吸声材料21的复密度

和复声速

在具体设置本申请实施例提供的消声器时，可将第一穿孔管5和/或第二穿孔管6设置成两端开口的直管结构，以进一步降低消声器内的气体压力损失。具体来说，至少为以下几种设置形式中的一种：

形式一，仅设置第一穿孔管5为直管结构。具体来说，第一穿孔管5的两端端部具有开口，第一穿孔管5的一端位于第二膨胀腔4、形成第一穿孔管5的进气口，另一端位于回流腔1、形成第一穿孔管5的出气口。

形式二，仅设置第二穿孔管6为直管结构。具体来说，第二穿孔管6的两端端部具有开口，且第二穿孔管6的一端位于回流腔1、形成第二穿孔管6的进气口，另一端位于第一膨胀腔3、形成第二穿孔管6的出气口。

形式三，设置第一穿孔管5和第二穿孔管6同时为直管结构。具体来说，第一穿孔管5的两端端部具有开口，第一穿孔管5的一端位于第二膨胀腔4、形成第一穿孔管5的进气口，另一端位于回流腔1、形成第一穿孔管5的出气口；第二穿孔管6的两端端部具有开口，且第二穿孔管6的一端位于回流腔1、形成第二穿孔管6的进气口，另一端位于第一膨胀腔3、形成第二穿孔管6的出气口。

在上述技术方案的基础上，在具体设置本申请实施例提供的消声器时，为了进一步降低消声器内的气体压力损失，作为一种优选实施方式，第一穿孔管5与第二穿孔管6平行设置，具体如图2所示。当然，第一穿孔管5与第二穿孔管6在设置时也可以近似平行，或者不平行设置，在此不再赘述。

在上述技术方案的基础上，两个共振腔7中一个共振腔7采用的导气管8与另一共振腔7采用的导气管8的轴线共线设置。换句话说，两个导气管8可以如图2所示轴线共线，以合理规划壳体A内部空间，便于对壳体A内其它器件进行设置。当然，还可以根据需求设置两个导气管8的轴线为平行设置，或者设置两个导气管8的轴线不平行，在此不再赘述。

在上述技术方案的基础上，请继续参考图2所示出的结构，本申请实施例提供的消音腔中进气管B1位于第二膨胀腔4的端部为封闭结构，且进气管B1的侧壁设有若干通孔，若干通过形成进气管B1的出气口。

在上述技术方案的基础上请继续参考图2所示出的结构，本申请实施例提供的消音腔中排气管B2位于第一膨胀腔3的端部为封闭结构，且排气管B2的侧壁设有若干通孔，若干通过形成排气管B2的进气口。

为了清晰的表示出本申请实施例提供的消音腔所提升的消音效果。图5为现有技术中消声器的立体结构图。现有技术中的消声器具有壳体A’、与壳体A’连接的进气管B1’和排气管B2’，紧贴壳体A’处存在一层吸声材料。

图6为现有技术中的消声器和本申请实施例提供的消声器的传递损失对比图。应理解，传递损失是指消声器的进气管B1进口入射声功率级与排气管B2的出口透射声功率级之差。由图6中可以看出，在140Hz-220Hz，本申请实施例提供的消声器的传递损失大于20dB，而现有技术中的消声器的传递损失小于20dB，明显的，本申请实施例提供的消声器具有较强地消除低频噪声的性能，并且通过加大吸声材料21的填充密度和壳体A内管道以及腔室的布置进一步可以增大中频和高频的传递损失。因此，本申请实施例提供的消声器相对于现有技术中的消声器在低频和高频都具有较强的消声能力。

第二方面，本申请实施例还提供一种发动机，包括上述技术方案提供的任意一种消声器。

应理解，本申请实施例提供的发动机采用上述技术方案提供的任意一种消声器。该发动机内消声器通过在低频采用两个共振腔7可以降低发动机固有低频噪声；同时，消声器的吸声腔2内设有吸声腔2，在气体经第一膨胀腔3、回流腔1以及第二膨胀腔4流动时，气体会流经吸声腔2，第一穿孔管5以及第二穿孔管6的穿孔壁面与吸声腔2内的吸声材料21接触用来削弱中频噪声以及高频噪声。且第一膨胀腔3以及第二膨胀腔4对于削弱中频噪声以及高频噪声起辅助作用。

此外，该发动机内消声器将第一穿孔管5和第二穿孔管6设置为两端开口的直管道，可以降低消声器的空气压力损失。

图7为安装如图5的现有技术中消声器和本申请实施例提供的消声器的发动机的排气辐射噪声的频谱图像。图7中浅灰色代表安装现有技术中消声器的发动机的排气辐射噪声的频谱图像，深灰色代表安装本申请实施例提供的消声器的发动机的排气辐射噪声的频谱图像。由图7中可以看出，安装有本申请实施例提供的消声器的发动机相对于安装有现有技术中消声器发动机在140-220Hz附近具有很强的消声能力，同时在中、高频的消声性能也略有提高，最终从整体上降低了噪声声压级，解决了噪声超限问题，满足了法规的要求。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种消声器，其特征在于，包括：壳体、与所述壳体连接的进气管和排气管，所述壳体内部通过隔板分隔成多个腔室，所述多个腔室包括沿所述壳体的延伸方向依次设置的回流腔、吸声腔、第一膨胀腔以及第二膨胀腔，所述吸声腔内填充有吸音材料，所述第一膨胀腔、第二膨胀腔以及所述吸声腔用于消减主频率在1K-8K赫兹范围内的高频噪声，还用于消减主频率在350-1K赫兹范围内的中频噪声，其中：

所述进气管的出气口位于所述第二膨胀腔，所述排气管的进气口位于所述第一膨胀腔；所述回流腔与所述第二膨胀腔间设有用于连通所述回流腔与所述第二膨胀腔的第一穿孔管，所述第一穿孔管在位于所述吸声腔内的部分设有若干穿孔；所述回流腔与所述第一膨胀腔间设有第二穿孔管，所述第二穿孔管用于连通所述回流腔与所述第一膨胀腔，且所述第二穿孔管在位于所述吸声腔内的部分设有若干穿孔；所述第一穿孔管、所述第二穿孔管用以连通所述第二膨胀腔、回流腔以及所述第一膨胀腔，以在所述进气管与所述排气管间形成气体流动通道；

所述多个腔室还包括位于所述第二膨胀腔两侧、用于消减主频率在20-350赫兹范围内低频噪声的两个共振腔，每个所述共振腔通过导气管与所述第二膨胀腔连通。

2.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述第一穿孔管的两端端部具有开口，所述第一穿孔管的一端位于所述第二膨胀腔、形成所述第一穿孔管的进气口，另一端位于所述回流腔、形成所述第一穿孔管的出气口。

3.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述第二穿孔管的两端端部具有开口，且所述第二穿孔管的一端位于所述回流腔、形成所述第二穿孔管的进气口，另一端位于所述第一膨胀腔、形成所述第二穿孔管的出气口。

4.根据权利要求1所述的消声器，其特征在于，所述第一穿孔管的两端端部具有开口，所述第一穿孔管的一端位于所述第二膨胀腔、形成所述第一穿孔管的进气口，另一端位于所述回流腔、形成所述第一穿孔管的出气口；

所述第二穿孔管的两端端部具有开口，且所述第二穿孔管的一端位于所述回流腔、形成所述第二穿孔管的进气口，另一端位于所述第一膨胀腔、形成所述第二穿孔管的出气口。

5.根据权利要求1-4任一项所述的消声器，其特征在于，所述第一穿孔管与所述第二穿孔管平行设置。

6.根据权利要求5所述的消声器，其特征在于，所述两个共振腔中一个共振腔用于连通所述第二膨胀腔的导气管与另一个共振腔用于连通所述第二膨胀腔的导气管轴线共线。

7.根据权利要求1-4任一项所述的消声器，其特征在于，所述吸音材料为可承受最高温度高于流经所述吸声腔的气体温度的吸声材料。

8.根据权利要求7所述的消声器，其特征在于，所述进气管位于所述第二膨胀腔的端部为封闭结构，且所述进气管的侧壁设有若干通孔，所述若干通过形成所述进气管的出气口。

9.根据权利要求7所述的消声器，其特征在于，所述排气管位于所述第一膨胀腔的端部为封闭结构，且所述排气管的侧壁设有若干通孔，所述若干通过形成所述排气管的进气口。

10.一种发动机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的消声器。

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