一种阻抗复合式消声器的制作方法

文档序号:11092870阅读:1336来源:国知局
一种阻抗复合式消声器的制造方法与工艺

本实用新型属于机动车排气系统技术领域,尤其涉及一种阻抗复合式消声器。



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。而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散发掉,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中高频消声性能,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务接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。

因阻抗复合式消声器克服了抗性消声器和阻性消声器的缺点,其消声性能与汽车排气噪声的频谱特性能够较好地保持对称,故此类消声器在汽车排气系统中得到了广泛地应用。一个好的复合式消声器要综合消声性能、空气动力性能、机械性能、工艺及成本等多方面因素。复合式消声器的设计要根据噪声源本身的特性而选择合适的消声结构按一定顺序组合起来,在此基础上优化结构参数,以达到最佳的综合性能。然而,现有的多数阻抗复合式消声器在设计时并没有从上述多个方面综合考虑,较多地仅考虑消声性能或者成本等方面,因此消声器往往出现背压过高、功率损失大、结构强度低或者可靠性低等问题。另外,现有的一般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进行性能改进,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性能并不理想。

有鉴于上述的缺陷,本设计人,积极加以研究创新,以期创设一种阻抗复合式消声器,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,本实用新型的目的是提供一种阻抗复合式消声器,通过多个腔室、挡板及穿孔区来引导气流和声波的运动,使声波的传播路径增长,并完成了多个180°的气流回转,较大程度地削减了声能。

本实用新型提出的一种阻抗复合式消声器,包括外壳、设置在所述外壳内的挡板和腔室,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,所述外壳包括前端盖和后端盖,所述腔室内设有贯穿所述前端盖、第一挡板、第二挡板的进气管、贯穿所述第一挡板、第二挡板、第三挡板和后端盖的出气管,所述第三挡板上贯穿设有内插管,所述第一挡板和第二挡板上分别设有第一穿孔区和第二穿孔区,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三穿孔区和第四穿孔区,所述第四穿孔区上套设有套管,所述套管内设有吸音材料,所述出气管位于所述第二腔室的管壁上设有第五穿孔区。

进一步的,所述第一穿孔区和第二穿孔区均包括114个第一穿孔,其直径为6±1mm,所述第一穿孔分布于四个区域,分别按照3行3列、7行4列、3行3列和7行4列进行顺排布设。

进一步的,所述第三穿孔区包括8个第二穿孔,其直径为4±1mm,所述第二穿孔围绕所述进气管一周排布。

进一步的,所述第四穿孔区包括264个第三穿孔,其直径为4±1mm,所述第三穿孔按照24行11列顺排布设。

进一步的,所述第五穿孔区包括72个第四穿孔,其直径为5±1mm,所述第四穿孔按照18行4列叉排布设。

进一步的,所述内插管与所述进气管的排气端口连接有加强筋。

进一步的,所述套管的前后端口分别被所述第一挡板和第二挡板封死。

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/m3~200kg/m3

进一步的,所述腔室的长度为535±5mm,其横截面为椭圆形,所述椭圆形的长轴设置为235±3mm、短轴设置为172±3mm。

进一步的,所述第一腔室的长度为132±2mm,所述第二腔室的长度为161±2mm,所述第三腔室的长度为124±2mm,所述第四腔室的长度为118±2mm。

借由上述方案,本实用新型至少具有以下优点:该阻抗复合式消声器,通过多个腔室、挡板及穿孔区来引导气流和声波的运动,使声波的传播路径增长,并完成了多个180°的气流回转,较大程度地削减了声能,而且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。

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

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图;

图2是图1中A向示意图;

图3是图1中B向示意图;

图4是图1中C向示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例,对本实用新型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实用新型,但不用来限制本实用新型的范围。

参见图1至4,本实用新型一较佳所述的一种阻抗复合式消声器,包括外壳1、设置在外壳1内的挡板和腔室。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。外壳1包括前端盖11和后端盖12,腔室内设有贯穿前端盖11、第一挡板2、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和后端盖12的出气管10。第三挡板4上贯穿设有内插管13,内插管13与进气管9的排气端口紧固连接有加强筋14。

第一挡板2和第二挡板3上分别设有第一穿孔区15和第二穿孔区16,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三穿孔区17和第四穿孔区18,第四穿孔区18上套设有套管19,套管19垂直固定于第一挡板2和第二挡板3之间,与进气管9同轴,而且其前后端口分别被第一挡板2和第二挡板3封死,套管19内设有吸音材料,吸音材料完全覆盖第四穿孔区18,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/m3~200kg/m3,该吸音材料可以在低成本的情况下实现高频吸声效果的最大化,出气管10位于第二腔室6的管壁上设有第五穿孔区20。

第一穿孔区15和第二穿孔区16均包括114个第一穿孔,其直径为6±1mm,第一穿孔分布于四个区域,分别按照3行3列、7行4列、3行3列和7行4列进行顺排布设。这两个穿孔区的孔径及上述第一穿孔的布设阵列既起到了一定的消声效果,又保证了废气的流动畅通性,使压力损失在合理范围内。

第三穿孔区17包括8个第二穿孔,其直径为4±1mm,第二穿孔围绕进气管9一周排布。第二穿孔的孔径及其布设阵列使得声波在第三穿孔区17产生了干涉,使特定频率的噪声得到了抑制。

第四穿孔区18包括264个第三穿孔,其直径为4±1mm,第三穿孔按照24行11列围绕进气管9一周顺排布设。第三穿孔的孔径及其布设阵列使得大量高频声波能够进入吸音材料的内部,并在其中进行声能和热能的转化。

第五穿孔区20包括72个第四穿孔,其直径为5±1mm,第四穿孔按照18行4列围绕出气管10叉排布设。第四穿孔的孔径及其布设阵列一方面使得排气管内大量的噪声通过第五穿孔区20进入第二腔室6,产生阻抗失衡,造成噪声的削弱,另一方面,第五穿孔区20较大的局部流动阻力抑制了废气流进入第二腔室6内,减小了气流的压力损失。

腔室的长度为535±5mm,其横截面为椭圆形,椭圆形的长轴设置为235±3mm、短轴设置为172±3mm。第一腔室5的长度为132±2mm,第二腔室6的长度为161±2mm,第三腔室7的长度为124±2mm,第四腔室8的长度为118±2mm。可以通过不同长度的腔室来产生具有不同频段的消声特性,特别是起到了消除扩张腔的通过频率的作用。

该阻抗复合式消声器工作原理如下:废气从进气管9进入,接着通过进气管9及其管壁上的第三穿孔区17时,极少部分废气通过第三穿孔区17进入第一腔室5内,绝大多数废气通过进气管9继续向前运动,穿过进气管9管壁上的第四穿孔区18,因套管19和第四穿孔区18之间填充了吸音材料,且套管19的前后两端被第一挡板2和第二挡板3封死,故所有的废气在进气管9内继续前进,此时多数高频噪声通过第四穿孔区18进入吸音材料内部,在声波反射过程中,高频噪声的声能被转换成了热能。废气流经进气管9的排气端口进入第三腔室7过程中得到充分的扩张和膨胀,此时的声波因阻抗失衡而进行了反射、干涉,从而抑制了部分声波的传递。第四腔室8与内插管13构成了一个赫姆霍兹共振器,特定频率的低频噪声在共振器内进行反复的发生共振而被减弱。

废气流在第三腔室7内扩张和膨胀后通过第二挡板3上布设的第二穿孔区16进入第二腔室6,此时少部分废气流通过出气管10上布设的第五穿孔区20进入出气管10,并沿着出气管10而流出消声器的腔室,大部分废气流通过第一挡板2上布设的第一穿孔区15进入第一腔室5内,此时某些特定频率的噪声在进气管9上布设的第三穿孔区17发射干涉而被削弱,扩散的废气流在出气管10的进气端口得到收缩,并沿着出气管10排出消声器的腔室,此时,在第一腔室5内噪声因排气管的进气端口的收缩而导致阻抗失衡,从而抑制了声波的传递。因出气管10上布设的第五穿孔区20在第二腔室6内构成了一个扩张腔,噪声在该扩张腔内进一步得到了削弱。

综上所述,本发明提出的阻抗复合式消声器全面考虑了消声性能、空气动力学性能、机械性能、工艺及成本等方面因素,通过合理布置和设计各个腔室、挡板、穿孔区、进出气管和吸音材料等,最终提出了一种综合性能较好的消声器,该消声器弥补了现有技术中存在的一些缺陷和不足,具有高度产业化的市场价值,其具有以下优点:(1)该阻抗复合式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,使声波的传播路径增长,并完成了多个180°的气流回转,较大程度地削减了声能;(2)通过合理地设置各个腔室的长度和进出气管的长度,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;(3)根据“四分之一波长”原理在位于第一腔室5内的进气管9的管壁上布置了第三穿孔区17作为一个干涉消声单元,用于特定频率噪声的抑制;(4)由内插管13和第三腔室7共同组成了一个亥姆霍兹共振器,通过调整内插管13的几何尺寸和第三腔体的几何尺寸可以极大程度地削减特定频率下的噪声;(5)由第二腔室6内的第四穿孔区18、套管19和吸音材料共同组成了阻性消声器,通过合理设置第四穿孔区18穿孔的性能参数(如穿孔孔径、穿孔率和穿孔范围等)和吸音材料的性能参数(吸音材料的材质、材料密度、堆积密度和厚度等),可以有效地降低高频噪声;(6)加强筋14通过桥接作用将进气管9和内插管13紧固在一起,大大地提高了内插管13的强度和刚度,使其可靠性增加,降低了产生振动噪声的风险;(7)通过合理地设置第一穿孔区15和第二穿孔区16的穿孔孔径和孔数以及进气管9和出气管10的管径和管长,使气流流动顺畅,减少涡流量,最终让压力损失维持在一个合理范围内;(8)从工艺和成本来看,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。

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

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