本实用新型涉及消声器技术领域，尤其涉及一种汽车以及用于汽车的可消除发动机排气系统低频噪声的消声器。
背景技术：
对于发动机而言，其排气噪声的频率大致在40Hz-3000Hz的范围内，然而，目前用于发动机排气系统的消声器只能够消除100Hz以上的噪声，对40Hz-100Hz的低频噪声消除能力十分有限。
如果这部分低频噪声未加阻隔或者消除，当这部分低频噪声向车内传递时，就容易与车壳的某些薄弱部位发生模态耦合，进而激起共振，车体内的乘客能够明显感受到一种压迫耳膜的低频噪声，严重影响乘客的乘车体验。
因此，如何提供一种消声器，以消除发动机排气的低频噪声，仍是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的是提供一种汽车及消声器，其中，该消声器能够消除发动机排气的低频噪声。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种消声器，包括壳体，所述壳体内间隔设有第一隔板和第二隔板，以将所述壳体的内腔分隔为第一腔室、第二腔室和第三腔室；所述第一隔板为孔板，能够连通所述第一腔室和所述第二腔室，所述第二隔板用于分隔所述第二腔室和所述第三腔室；还包括进入管、排出管及插入管，所述插入管固定于所述第二隔板，所述插入管的第一端延伸至所述第三腔室内，所述进入管自所述壳体插入，并延伸至所述第一腔室、所述第二腔室中的一者，所述插入管的第二端与所述进入管的排气端位于同一腔室，所述排出管的进气端位于所述第一腔室、所述第二腔室中的另一者。
本实用新型所提供消声器，其第三腔室与插入管组合形成一个封闭的赫尔母兹共振腔，通过调节第三腔室的容积、插入管的长度及插入管的截面积等参数，可使得上述的共振腔产生特定的共振频率，以针对性地消除发动机排气系统所产生的低频噪声，从而可为车体内的乘客提供更为舒适的乘车环境。
可选地，所述插入管的两端分别位于所述第二腔室和所述第三腔室，以连通所述第二腔室和所述第三腔室。
可选地，所述进入管自所述第一腔室插入，并穿过所述第一隔板，以延伸至所述第二腔室。
可选地，所述排出管的进气端位于所述第一腔室内，且所述排出管依次穿过所述第一隔板、所述第二隔板，并自所述第三腔室伸出所述壳体。
可选地，所述插入管位于所述第三腔室内的管段为折弯管。
可选地，所述排出管包括消声管段，所述消声管段具有内管壁和外管壁，所述内管壁与所述外管壁围合形成消声腔，所述消声腔内填充有消音棉；所述内管壁设有若干第一气孔，以连通所述消声腔和所述排出管的内部。
可选地，所述消声管段设置于所述排出管的远离所述排出管的进气端的端部。
可选地，所述插入管的第二端与所述进入管的排气端同轴且正对设置。
可选地，所述第三腔室所能够消除的噪声的主频率通过如下公式计算：其中，f为主频率，c为声速，A为插入管的截面积，L为插入管的长度，V为所述第三腔室的体积。
本实用新型还提供一种汽车，包括消声器，所述消声器为上述的消声器。
由于上述的消声器已经具备如上的技术效果，那么，具有该消声器的汽车亦当具备相类似的技术效果，故在此不做赘述。
附图说明
图1为本实用新型所提供消声器在一个视角下的内部视图；
图2为本实用新型所提供消声器在另一视角下的内部视图；
图3为第一隔板的结构示意图；
图4为图1视角下，本实用新型所提供消声器的俯视图；
图5为本实用新型所提供消声器对频率在1000Hz以内噪声的消除效果图。
图1-5中的附图标记说明如下：
1壳体、11第一分壳、12第二分壳；
2第一隔板、21通孔；
3第二隔板；
4进入管；
5排出管、51消声管段、511第一气孔、52第二气孔；
6插入管；
M第一腔室、N第二腔室、P第三腔室。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
本文中所述“若干”是指数量不确定的多个，通常为两个以上；且当采用“若干”表示某几个部件的数量时，并不表示这些部件的数量相同。
本文中所述“第一”、“第二”等词，仅是为了便于描述结构相同或相类似的两个以上的结构或部件，并不表示对顺序的某种特殊限定。
人耳所能听到的噪声频率分布在20Hz-20000Hz的区间内，其中，频率在20Hz-250Hz范围内的噪声为低频噪声，频率在250Hz-1000Hz范围的噪声为中频噪声，频率在1000Hz-20000Hz范围内的噪声为高频噪声。在本实用新型实施例中，关于低频噪声、中频噪声及高频噪声的描述均依据上述标准进行划分。
请参考图1-5，图1为本实用新型所提供消声器在一个视角下的内部视图，图2为本实用新型所提供消声器在另一视角下的内部视图，图3为第一隔板的结构示意图，图4为图1视角下，本实用新型所提供消声器的俯视图，图5为本实用新型所提供消声器对频率在1000Hz以内噪声的消除效果图。
如图1-4所示，本实用新型提供一种消声器，包括壳体1，该壳体1包括第一分壳11和第二分壳12，二者围合形成壳体1的内腔，壳体1内间隔设有第一隔板2和第二隔板3，以将壳体1的内腔分隔为第一腔室M、第二腔室N和第三腔室P。具体而言，第一腔室M可以由第一隔板2与壳体1围合形成，第二腔室N可以由第一隔板2与第二隔板3及壳体1围合形成，而第三腔室P可以由第二隔板3与壳体1围合形成，且第一腔室M、第三腔室P均为端部腔室，第二腔室N为中间腔室，两端部腔室可以分别位于该中间腔室的两侧。
该消声器内还设有用于进气的进入管4和用于排气的排出管5，如图3所示，上述的第一隔板2为孔板，其上设有若干通孔21，以连通第一腔室M和第二腔室N，进而使得第一腔室M、第二腔室N可产生膨胀-收缩变化。进入管4的排气端可以位于第一腔室M、第二腔室N中的一者，而排出管5的进气端则可以位于第一腔室M、第二腔室N中的另一者。
以进入管4的排气端设置于第二腔室N为例，当废气自进入管4流入第二腔室N时，第二腔室N首先发生膨胀；然后，第二腔室N内的废气可通过设于第一隔板2的通孔21进入第一腔室M内，使得第一腔室M产生膨胀，相应地，第二腔室N会产生收缩；最终，第一腔室M中的废气可通过排出管5排出，此时，第一腔室M又会产生收缩。在上述两腔室的膨胀和收缩过程中，发动机排气系统所产生的频率在100Hz-1000Hz范围内的中低频噪声可以被有效消除。
需要说明，本实用新型实施例并不限定设置在第一隔板2的通孔21的尺寸、数量以及密度等参数，具体实施时，本领域技术人员可以根据实际需要进行设定；在本实用新型实施例中，该通孔21的直径可以设置为3.5mm左右。
区别于第一隔板2，上述第二隔板3未设置前述的通孔21，其能够隔断第二腔室N和第三腔室P。基于此，本实用新型所提供消声器还可以包括插入管6，该插入管6固定于第二隔板3，且其第一端延伸至第三腔室P中，另一端与进入管4的排气端位于同一腔室。
采用这种结构，插入管6与第三腔室P可以组合形成一个封闭的赫尔母兹共振腔，通过调节第三腔室P的容积、插入管6的长度及插入管6的截面积等参数，可使得上述的共振腔产生特定的共振频率，以针对性地消除发动机排气系统所产生的20Hz-100Hz范围内的低频噪声，从而为车体内的乘客提供更为舒适的乘车环境。
上述共振腔的共振频率，即第三腔室P所能够消除的噪声的主频率可通过公式计算，其中，f为主频率(Hz)，c为声速，一般情况下，声速可以采用340m/s进行计算，A为插入管6的截面积(m2)，L为插入管6的长度(m)，V为第三腔室P的体积(m3)。
在实际应用中，受消声器体积的限制，第三腔室P体积的调节范围有限，通常只能通过改变插入管6的截面积以及长度来调节该共振腔的主频率，而插入管6的截面积不宜过小，以避免影响插入管6对噪声的收音效果。如此，为有效消除发动机排气系统的低频噪声，可以采用延长插入管6长度的方案。例如，如果发动机排气系统的低频噪声集中在50Hz(该值与发动机的型号等有关)，则可以通过调整上述的A、L、V等参数，以使得第三腔室P的共振频率接近50Hz，以针对性地消除发动机排气系统的低频噪音。
受第三腔室P内部空间限制，为避免安装及使用过程中，插入管6与壳体1以及自第三腔体P内部通过的排出管5产生干涉(可参见下文描述)，可将插入管6位于第三腔体P内的部分设置为折弯管。该折弯管的折弯形式在此不做限定，其可以采用U形、V形、螺旋形等各种形式的折弯，具体可以通过相应的模拟实验得出。
在一种实施方式中，如图1所示，本实用新型实施例将位于第三腔体P内的插入管6设置为V形折弯管。经过试验验证，如图5所示，这种形式的消声器对发动机排气系统所产生40Hz-100Hz区间内的低频噪声的Transmission Los(传输损失)可以达到18dB以上，能够十分有效地消除汽车加速过程中低转速(1200转/分附近)运行时所产生的低频排气噪声；而且，相比于直通管，采用上述折弯形式的插入管6，还能够对汽车急减速过程中排气系统所产生的放炮声进行有效抑制。
在具体的方案中，上述的进入管4可以自第一腔室M插入壳体1内，并穿过第一隔板2，以延伸至第二腔室N。
如此设置，一方面，壳体1以及第一隔板2可以对进入管4形成两点支撑结构，可提高进入管4安装结构的稳定性，能够较大程度地避免因废气的高速流动而引发的进入管4振动，以及由此而带来的新的噪声；另一方面，可使得进入管4的排气端正对第二隔板3设置，由于第二隔板3未设置通孔21，其对进入管4相当于一道反射墙，夹杂在废气中的初始噪声(声波)在进入第二腔室N后，能够与第二隔板3相撞击，进而发生反射，所形成的反射噪声与初始噪声的相位相反，能够进行中和以相互抵消，更有利于保证噪声的消除效果。
需要指出，上述关于进入管4安装结构的描述仅为本实用新型实施例的一种优选方案，并不能作为对本实用新型所提供消声器的实施范围的限定，在具体实施时，本领域技术人员完全可以采用其他的方案对进入管4进行安装。例如，进入管4可以自第二腔体N插入壳体1内，并使得其排气端正对第二隔板3设置，也能够达到利用第二隔板3反射噪声、以更为有效地消除噪声的目的；或者，进入管4可以自第三腔体P插入壳体1内，并穿过第二隔板3以延伸至第二腔体N内，同样能够起到有效固定进入管4的目的；再或者，进入管4的排气端也可以位于第一腔体M中，进而可将排出管5的进气端设置于第二腔室N中，此时，插入管6的两端还可以分别位于第一腔室M及第三腔室P中，此种实施方式还有利于延长插入管6的长度。
请继续参考图1，当进入管4的排气端位于第二腔室N内时，排出管5的进气端可以位于第一腔室M内，且排出管5可以依次穿过第一隔板2、第二隔板3，并自第三腔室P伸出壳体1。
采用这种结构，排出管5基本相当于穿过了整个消声器，可有效延长排出管5的长度，使得排出管5的长度可以接近并达到大部分频段的排气噪声波长的1/4，更有利于噪声的消除。同时，第一隔板2、第二隔板3以及壳体1还可对排出管5形成三点支撑，以保证排出管5安装结构的稳定性。当然，该排出管5的进气端也可以位于第二腔室N中，具体可配合进入管4以及插入管6的安装位置进行调整。
排出管5还可以包括消声管段51，该消声管段51可以具有内管壁和外管壁，且内管壁与外管壁可以围合形成消声腔，该消声腔内可以填充有消音棉等能够吸收声音的材料；内管壁可以设有若干第一气孔511，以连通消声腔和排出管5的内部。发动机排气噪声中，频率在1000Hz以上的高频噪声在经由排出管5排出时，可被上述的消声腔吸收。在此，本实用新型实施例并不限定该消声管段51的长度、消声腔的体积以及第一气孔511的数量和尺寸，具体可根据实际需要进行设定；在本实用新型实施例中，该第一气孔511的直径可以设置在4mm左右。
为便于描述，可以将排出管5靠近进气端的端部称之为头部，反映于附图1，即是指排出管5的左端部，而将排出管5远离进气端的端部称之为尾部，即附图中的右端部。
上述的消声管段51具体可以设置于排出管5的远离排出管5的进气端的端部，即设置在排出管5的尾部，反映于附图1，即设置在第三腔室P内。如此，排出管5的进气端到消声管段51之间可具有较大的距离，废气在流动至消声管段51之前，可经过充分混合，以便于排出管5内部的高频噪声自行撞击、相互抵消，进而可减轻消声腔的消声压力；同时，将该消声管段51设置于排出管5的尾部，还能够对废气在排出管5内流动时，与管壁等撞击所产生的二次噪声进行吸收，以最大程度地保证自消声器排出的废气为不含有噪声的尾气。
综合上述内容可知，本实用新型所提供消声器，其设置有三道消声结构，其一为插入管6与第三腔室P所组成的赫尔母兹共振腔，能够消除100Hz以下的低频噪声，其二为第一腔室M与第二腔室N所组成的膨胀收缩腔，能够消除100Hz-1000Hz范围内的中低频噪声，其三为设置于排出管5的消声管段51，能够消除1000Hz以上的高频噪声，在经过上述的三道消声结构之后，基本可对发动机排气系统40Hz-3000Hz区间内的排气噪声进行有效消除，可较大程度地保证用户的使用体验。
进一步地，还可以在排出管5位于第二腔室N内的管段的周壁设置第二气孔52，排出管5与第二腔室N可以组成谐振腔，通过调整第二气孔52的数量、密度以及分布方式等参数，可以调整该谐振腔的谐振频率，进而对排出管5内部对应频率的噪声进行消除，以更大程度地保证噪声的消除效果。在本实用新型实施例中，上述第二气孔52的直径可以设置为4mm左右，并沿排出管5的轴向设置两圈，每一圈可以包括周向上间隔设置的10个第二气孔52，以用于消除200Hz-800Hz范围内的噪声。
针对上述各实施方式所涉及的消声器，以下本实用新型实施例还将对插入管6的安装结构进行详细描述。
如前所述，插入管6的第一端可以位于第三腔室P中，其第二端的位置与进入管4的安装结构有关，具体可以与进入管4的排气端处于同一腔室中。在优选的方案中，进入管4可以自第一腔室M插入，并延伸至第二腔室N中，即使得进入管4的排气端位于第二腔室N，那么，插入管6的第二端即设置在第二腔室N中，对于插入管6而言，其两端将分别位于第二腔室N和第三腔室P，以连通第二腔室N和第三腔室P。
进一步地，插入管6的第二端与进入管4的排气端可以同轴且正对设置。如此，更便于废气中的低频噪声通过插入管6进入第三腔室P内部，且由于第三腔室P为封闭腔室，第三腔室P与插入管6所组成的赫尔母兹共振腔相当于气体弹簧，可对共振频率附近的低频噪声进行有效消除。插入管6的直径可以小于进入管4，以避免对进入管4中废气进入造成过分阻碍。
本实用新型实施例也不限定插入管6的第二端与进入管4的排气端之间的距离，具体可以根据实际需要进行设定；可以理解，二者之间的距离不宜过大，过大的间距不利于低频噪声进入插入管6，即不利于插入管6的收声，同时，二者之间的距离也不宜过小，过小的间距会加剧气体弹簧的作用，对进入管4中废气进入造成阻碍，增加废气进入消声器的阻力。
本实用新型还提供了一种汽车，包括前述各实施方式所涉及的消声器，该消声器具体可以安装于汽车发动机的排气系统中，以消除发动机排气系统所产生的各个频段的噪声。
由于前述的消声器已经具备如上的技术效果，那么，具有该消声器的汽车亦当具备相类似的技术效果，故在此不做赘述。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，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原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。