一种宽频降噪消声器的制作方法

本发明属于机动车排气系统技术领域，尤其涉及一种宽频降噪消声器。

背景技术：

随着交通运输的发展，汽车的噪声污染问题日益突出，已成为当今世界最主要的噪声污染源。其中，排气噪声是汽车噪声中最主要的噪声源之一，排气消声器性能的好坏直接影响到汽车的声学品质。在汽车消声器领域，目前主要有三类常用的消声器，即阻性消声器、抗性消声器及阻抗复合式消声器。

阻性消声器是一种吸收型消声器，它是利用声波在多孔性吸声材料中传播时，因摩擦将声能转化为热能而耗散掉，从而达到消声的目的。材料的消声性能类似于电路中的电阻耗损电功率，从而得名。一般说来，阻性消声器具有良好的高频消声性能，对低频消声性能较差。

抗性消声器与阻性消声器不同，它不使用吸声材料，而是依靠管道截面的突变或共振腔等在声传播过程中引起阻抗的改变而产生声能的反射、干涉及共振吸声来降低消声器向外辐射的声能，达到消声目的。从能量角度看，阻性消声器采用的是能量转换的方法来降低消声器出口处的声能，而抗性消声器主要利用声能转移的方法来降低消声器出口处的声能。抗性消声器对中、低频噪声抑制效果较好，但是高频消声性能较差。

阻抗复合式消声器的结构合并了前两种消声器的特点，既可以通过多孔性吸声材料将高频声能转化为热能，又可以通过声能的反射、干涉及共振来抑制中、低频声波的传递，具有较宽的消声频段。此类消声器在汽车排气系统中得到了广泛的应用。

现有的阻抗复合式消声器往往通过简单地调整挡板、内插管和阻性元件的数量来改进性能，并没有对腔室的容积、穿孔孔径及数目、吸声材料类型及其物理特性(厚度、材料密度、堆积密度等)等方面进行优化，这些消声器的实际消声频带无法覆盖所有整车工况(如怠速、高速和爬坡等)下的宽频噪声，另外这些消声器在设计之初往往忽略了气流的流向和压力损失。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种宽频降噪消声器，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种宽频降噪消声器，具有良好的声学性能，可以对所有发动机转速范围的宽频噪声进行有效的抑制。

本发明提出的一种宽频消声器，包括壳体、设置在所述壳体内的挡板和腔室，所述挡板包括依次设置的第一挡板、第二挡板和第三挡板，所述腔室包括由所述第一挡板、第二挡板和第三挡板依次隔开的第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室，所述腔室内设有贯穿所述壳体的前端面、第一挡板和第二挡板的进气管、贯穿所述第一挡板、第二挡板、第三挡板、和壳体的后端面的出气管，所述第一挡板、第二挡板和第三挡板上分别设有第一穿孔区、第二穿孔区和第三穿孔区，所述进气管位于所述第一腔室和第二腔室的管壁上分别设有第四穿孔区和第五穿孔区，所述第四穿孔区上套设有第一套管，所述出气管位于所述第二腔室的管壁上设有第六穿孔区，所述第六穿孔区上套设有第二套管，所述第一套管、第二套管和第四腔室内均设有吸音材料。

进一步的，所述进气管的排气端口呈喇叭状。

进一步的，位于所述第三腔室的所述出气管设有两个大于90°的弯折角。

进一步的，所述第一套管的前后端口焊接在所述进气管的外壁上，所述第二套管的前后端口分别焊接在所述第一挡板和第二挡板上。

进一步的，所述吸音材料的材质为超细玻璃纤维棉，材料密度为1000kg/m³～1200kg/m³，材料的堆积密度为100kg/m³～150kg/m³。

进一步的，所述第一穿孔区、第二穿孔区和第三穿孔区的两端面设置为球面型凹凸交错状。

进一步的，所述第一穿孔区、第二穿孔区、第三穿孔区、第四穿孔区、第五穿孔区和第六穿孔区分别设有211、178、125、448、288和288个穿孔，所述穿孔的孔径为3.5mm。

进一步的，所述壳体的前端面与所述第一挡板之间的最长间距为262±2mm，所述第一挡板与所述第二挡板之间的间距为194±2mm，所述第二挡板与所述第三挡板之间的间距为114±2mm，所述第三挡板与所述壳体的后端面之间的间距为92±2mm。

进一步的，所述进气管的外径为50mm，壁厚为1.2mm。

进一步的，所述出气管的外径为50mm，壁厚为1.2mm。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明提出的宽频降噪的消声器通过多个腔室、挡板及穿孔区来引导气流和声波的运动和传播，使声波的传播路径增长，并完成了多个180°的气流回转，使声能得到了较大的衰减；位于第一腔室的第四穿孔区、第一套管及设置在第一套管内的吸音材料共同组成了一个阻性消声器，可以有效地降低中、高频噪声；位于第二腔室的第六穿孔区、第二套管及设置在第二套管内的吸音材料共同组成了另外一个阻性消声器，用于抑制排气系统特别是消声器内部的气流再噪声；第四腔室与第三挡板上的第三穿孔区共同组成了一个亥姆霍兹共振器，通过调整第三穿孔区上的穿孔孔径和穿孔率以及第四腔体的几何尺寸可以极大程度地降低特定频率下的噪声；为了增加中、高频消声性能，在第四腔室内设置了特定堆积密度的吸音材料；可以通过合理设置第二腔室内的第五穿孔区的穿孔孔径和穿孔率，使在保证声学性能的情况下，让压力损失维持在一个合理范围内。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A向的示意图；

图3是图1中B向的示意图；

图4是图1中C向的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1至4，本发明一较佳实施例的本发明提出的一种宽频消声器，包括壳体1、设置在壳体1内的挡板和腔室，腔室为异形结构。挡板包括依次设置的第一挡板2、第二挡板3和第三挡板4，腔室包括由第一挡板2、第二挡板3和第三挡板4依次隔开的第一腔室5、第二腔室6、第三腔室7和第四腔室8。腔室内设有贯穿壳体1的前端面、第一挡板2和第二挡板3的进气管9、贯穿第一挡板2、第二挡板3、第三挡板4、和壳体1的后端面的出气管10，进气管9的排气端口呈喇叭状，喇叭状结构在保证声学性能的前提下有效地降低了排气背压，位于第三腔室7的出气管10设有两个大于90°的弯折角，呈现“Z”字状，这两个弯折角可以增加声波的反射，衰减声能量的传播，增加消声效果。

第一挡板2、第二挡板3和第三挡板4上分别设有第一穿孔区11、第二穿孔区12和第三穿孔区13，进气管9位于第一腔室5和第二腔室6的管壁上分别设有第四穿孔区14和第五穿孔区15，第四穿孔区14上套设有第一套管16，第一套管16的前后端口焊接在进气管9的外壁上，出气管10位于第二腔室6的管壁上设有第六穿孔区17，第六穿孔区17上套设有第二套管18，第二套管18的前后端口分别焊接在第一挡板2和第二挡板3上。第一套管16、第二套管18和第四腔室8内均设有吸音材料19，吸音材料19完全覆盖第四穿孔区14、第六穿孔区17和第四腔室8。吸音材料19的材质为超细玻璃纤维棉，材料密度为1000kg/m³～1200kg/m³，材料的堆积密度为100kg/m³～150kg/m³，该吸声材料可以在低成本的情况下实现高频吸声效果的最大化。

第一穿孔区11、第二穿孔区12和第三穿孔区13分别设有211、178、125个穿孔，且第一穿孔区11、第二穿孔区12和第三穿孔区13的两端面设置为球面型凹凸交错状，该型面由冲压成型而成。第四穿孔区14按照16行28列叉排布设了448个穿孔，第五穿孔区15按照16行18列叉排布设了288个穿孔，第六穿孔区17按照16行18列叉排布设了288个穿孔。上述穿孔的孔径为3.5mm。

腔室的长度为662±5mm，其中，壳体1的前端面与第一挡板2之间的最长间距为262±2mm，第一挡板2与第二挡板3之间的间距为194±2mm，第二挡板3与第三挡板4之间的间距为114±2mm，第三挡板4与壳体1的后端面之间的间距为92±2mm。可以通过不同长度的腔体来产生具有不同频段的消声特性，特别是起到消除扩张腔的通过频率的作用。进气管9的外径为50mm，壁厚为1.2mm。出气管10的外径为50mm，壁厚为1.2mm。

上述宽频降噪消声器的工作原理是：废气从进气管9流入，然后沿着进气管9流过管壁上的第四穿孔区14，因第一套管16和进气管9之间填充了吸音材料19，且第一套管16的两端与进气管9的外壁焊接在一起，故几乎所有的废气都沿着进气管9继续前进，此时一部分高频噪声通过第四穿孔区14进入吸音材料19中，在声波反射过程中，高频噪声的声能被转化为热能。当废气流经进气管9的第五穿孔区15时，中、低频声波在穿孔处发生膨胀而被衰减，一部分声波会在第二腔室6内反复地反射从而得到进一步的衰减，另外一部分声波通过穿孔返回到进气管9中。当气流和声波运动到进气管9的喇叭结构时，声波因阻抗失衡而被反射，气流在喇叭结构的导流作用下平缓地扩散到第三腔室7内，由此可见，该喇叭结构具有较好的声学性能和空气动力学性能。第三腔室7内，声波遇到第二挡板3和第三挡板4时会发生反射，反射情况和挡板的大小及其表面的光滑度直接相关，当凹凸交错的型面大小等于或者小于声波波长时，声波发生漫反射，漫反射的声波相互碰撞，经过多次反射降低了声能，从而达到了降低低频噪音的效果。当声波进入第四腔室8内，吸音材料19将高频噪声转化成热能，第四腔室8与第三穿孔区13组成的共振器以及第三挡板4上的“漫反射”共同作用于中、低频噪音，使其得到有效抑制。当气流和声波由第二挡板3上的第二穿孔区12进入第二腔室6时，中、低频噪音因第二挡板3上穿孔的扩张和“漫反射”得到进一步衰减。同样的，当气流和声波在第一腔室5时，因第一挡板2上穿孔的扩张和“漫反射”效应，中、低频噪声再次被衰减。气流和声波沿着出气管10流经第六穿孔区17的时候，第二套管18内的吸音材料19将消声器内的气流再噪声消除掉，从而降低了出气管10的排气端口的高频噪声。

综上所述，本发明提出的宽频降噪消声器具有以下优点：(1)通过多个腔室、挡板及穿孔区来引导气流和声波的运动和传播，使声波的传播路径增长，并完成了多个180°的气流回转，使声能得到了较大的衰减；(2)位于第一腔室5的第四穿孔区14、第一套管16及设置在第一套管16内的吸音材料19共同组成了一个阻性消声器，可以有效地降低中、高频噪声；(3)位于第二腔室6的第六穿孔区17、第二套管18及设置在第二套管18内的吸音材料19共同组成了另外一个阻性消声器，用于抑制排气系统特别是消声器内部的气流再噪声；第二套管18的前后端口分别焊接在第一挡板2和第二挡板3上，这样可以增加该阻性消声器的消声效果，这里将第二套管18的长度延伸至两端挡板位置，进一步增加声波与吸音材料19的接触面积和容积，将第二套管18焊接在两个挡板上可以增加第二腔室6的刚度，降低声波与壳体1发生共振的风险，减小壳体1的辐射噪声；(4)第四腔室8与第三挡板4上的第三穿孔区13共同组成了一个亥姆霍兹共振器，通过调整第三穿孔区13上的穿孔孔径和穿孔率以及第四腔室8的几何尺寸可以极大程度地降低特定频率下的噪声；(4)为了增加中、高频消声性能，在第四腔室8内设置了特定堆积密度的吸音材料19；(5)可以通过合理设置第二腔室6内的第五穿孔区15的穿孔孔径和穿孔率，使在保证声学性能的情况下，让压力损失维持在一个合理范围内；(6)通过合理地设置各个腔室的长度和进出气管10的管径，形成了3个消声性能不同的扩张腔，用于不同频段噪声的抑制；(7)进气管9在第三腔室7内设置了一个“喇叭”型的排气端口，用于引导来自进气管9气流的扩散，降低局部压力损失，减小了发动机的功率损失；(8)从工艺和成本来看，该消声器的各个零部件均属于常规型，制造工艺简单，成本较低，适合批量生产。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。