整体成型槽形管的制作方法

专利名称:整体成型槽形管的制作方法
本发明涉及一种管状结构，这种管状结构可以用作诸如消声器，排气管或消声器-排气管之类的噪声抑制装置的零部件。
在现有技术中为人们所了解的众多类型的噪声抑制或衰减装置，或大或小不同程度地对采用该装置的设备起到了消声作用。在本技术领域：
中虽然已经取得了很大进展，但是这种进展常常由于这种装置的尺寸和其复杂程度的增加而遭到阻碍，这是因为由此导致了制造成本的增加。在许多这样的装置中由于元件尺寸必须选择恰当，以与该装置的特殊作用相协调，因此就导致了成本的提高。这样，某些消声器的元件必须作出重大的改进，以满足不同发动机应用的需要。
在美国专利第3672464号中公布了一种高效噪声抑制装置，该装置使用了文杜里管，用于直通气流结构。对于另一种结构的噪声抑双文杜里管又得到了进一步改进，可参见美国专利第4368799号。虽然上述这些消声器都是极为成功的装置，但是却要以高昂的生产成本为代价，况且要满足必要尺寸又需要昂贵的制造工具。
人们一直期望着能出现一种类似文杜里管那样的噪声衰减装置，比如一种声塞，它们既具有良好的噪声抑制特性又不需要昂贵的制造工具就能以较低的成本按各种尺寸生产出来。此外，人们也期望着在同样或更小的外形总尺寸下达到同样的噪声抑制特性而并不过大地增加背压。
排气管总是离不开文杜里管的。许多发动机的空气滤清器都是特别设计的，其目的在于能够通过连在该空气滤清器上的负压源连续不断地清理或消除游离的微粒物质。人们知道，为此目的的合适的负压是能够通过在发动机排气管中放入一文杜里管，再把一净化管插入该文杜里管来实现。这样文杜里管和净化管就形成了一个排气管，该排气管既可以与一消声器相连，也可以不连。这种排气管结构可见由比利获得的美国专利第3137553。把消声和排气作用结合在一起组成一个单一的构件亦为人们所知，对此可参见瓦格纳埃特阿尔的美国专利3419892号。在瓦格纳埃特阿尔的说明中，使用了一种圆形文杜里管，它具有很好的负压和净化特性，但是由于该文杜里管必须由离心铸造或型锻件制成，因此按这种设计方案制造起来很昂贵。而且，即使在该文杜里管的尺寸上作小小的改变，也需要制造全新的冲模，由此制造多种尺寸的元件其费用是非常昂贵的。
另外，在某些应用中，为了满足空间限制条件，往往需要一种补偿文杜里管，这样的文杜里管可见霍普恩斯塔特的美国专利第4325460号。这种装置比圆形文杜里管特性稍差，而且实际上需要更大的长度以产生必要的速度头补偿。如果能够保持现有圆形文杜里管的背压和真空特性，而制造费用或者装置的尺寸能够降低，就会在该技术领域：
获得实质性的进展。本发明正是提供了这样一种装置，它满足甚至超过了先有技术中的噪声抑制和微粒排出特性，同时在成本和某些情况下的外壳整体尺寸上有了大幅度减小。
本发明提供了一个具有进气端和出气端的管状物，它包括在其端部之间的一个收缩部分和通过该收缩部分的旁路，在该管中气流的一部分可以从收缩部分的旁路经过。
另一方面，根据本发明，该收缩部分是沿圆周间断分布的，上述旁路正是位于那些不连续点之间。
再一方面，根据本发明，该收缩部分有一处其横截面积降到最小值，然后向该管出气端逐渐增加至最大横截面积。
上述管状物可以用做噪声抑制装置、排气管(或有关的装置)或者在同一外壳或分离式外壳内的噪声抑制-排气装置。
说明书和附图公布了各种实施例，而且本发明的特征在本文的权项中已标明。为了更好地理解本发明，对它的优点和使用目的，可以参阅附图及相应的叙述材料。
图1是根据本发明的一个消声器最佳实施例的纵轴剖视图;
图2是沿图1的2-2线的横断面视图;
图3是沿图1的3-3线的横断面视图;
图4是沿图1的4-4线的横断面视图;
图5是沿图2的5-5线的轴截面视图;
图6是根据本发明的整体槽形管的另一个实施例的主视图;
图7是从图6槽形管的右端看到的进气端视图;
图8是沿图6的8-8线的横断面视图;
图9是沿图6的9-9线的横断面视图;
图10是沿图7的10-10线的轴截面视图;
图11是根据本发明的整体槽形管的第三个实施例的主视图;
图12是从图11槽形管的右端看到的进气端视图;
图13是沿图11的13-13线的横断面视图;
图14是本发明的第四个实施例的主视图，为更清楚地表明整体槽形管，由一个标准的消声器和几处局部剖开的部分恰当地表明了本实施例;
图15是沿图14的15-15线的横断面视图;
图16是沿图14的16-16线的横断面视图;
图17是沿图14的17-17线的横断面视图;
图18是先有技术装置的主视图，通过剖视和以断面示意表明了其先有技术部分的状态;
图19是本发明的排气管做为消声器的附件的最佳实施例的纵轴剖视图;
图20是位于消声器壳体内的本发明排气管的纵轴剖视图;
图21是使用两个净化管的本发明排气管的实施例的主视图;
图22是图21放大的右端视图;
图23是图21旋转45°的左端视图;
图24是稍微放大的图21的沿24-24线的剖视图;
图25是另一个实施例的纵轴剖视图;
图26是再一个实施例的出进端视图;
图27是净化管在颈部内位置的曲线;和图28是净化管在圆形和整体成形的管状结构颈部的最佳位置曲线为清楚起见，下面分别讨论了本发明在噪声抑制器和排气管上的应用。
为了帮助理解本发明在噪声抑制中的应用，图1表示了一个具体应用本发明的消声器整体视图。应当指出，这仅仅是一个例子，各种其他形式的噪声衰减装置可以同样地具体应用本发明的特征。虽然不必去理解本发明的工作过程或最好方式，但是瓦格纳的美国专利第4368799号可供参考。该专利描述了直通气流消声器的先有技术，该技术与本发明特征类似但并不能体现这些特征，从所得到的披露内容，人们能够更加完整地理解该先有技术的工作过程。
参阅图1所示的实施例，大体上表明了一个消声器10，该消声器10有一个带有端部元件14和16的柱形外壳12。在该消声器10的进气端，装有一进气管18，该进气管18由端部元件14和一中间支撑20固定在外壳12之内。进气管18可以有几处穿孔部分，如在22处。
紧接进气管18的端部是一整体槽形管30，它具有一进气端32和一出气端34，该管由出气端的端部元件16以及中间支撑36支撑，该管的几部分可以穿上孔，就象穿孔处38所示一样。
槽形管30包括一个位于进气端的圆柱形部分40和一个位于排气端一端的近似圆柱形部分42。槽形管30还包括一收缩区域，该收缩区域的特征是有一迅速收缩着颈部横截面积的区域46，48为其最大颈部收缩横截面，并且还有一逐渐增大横截面积的区域50，这一区域从最大收缩截面48起至柱形部分42为止。所谓“迅速”和“逐渐”二词彼此相对而言的。
图2、3和4是沿槽形管30长度上分布的各点的横断面视图。图2是从进气端32处看到的视图，可以看到收缩部分48是不连续的，不连续处由凹槽或沟槽52衔接，凹槽或沟槽52穿过管内的收缩部分形成了旁路。沟槽之间，在直径迅速收缩的区域46，由凹陷54表明存在着小小的形变。沟槽52和凹陷54一起形成了成对的顶点56和58，这些顶点划定了最大收缩点的界线，也就是说，这些顶点最接近槽形管的中心轴线。图3是取自最大收缩点的横断面视图，可以看到凹陷54在其最大收缩点处形成了一个平顶60。
图4是取自区域50上的横断面视图，在该区域中直径逐渐增大直到该槽形管的最大直径为止。在该处视图中，我们仅仅能够看到沟槽52。
在相对尺寸上，逐渐增大的区域50比迅速增大的区域46长两倍是更为可取的。
图5表示的是脱离出消声器10的整体槽形管30。
图6-9表示的是由位号130标出的整体槽形管的另一个实施例。象上一个实施例中的槽形管30一样，从内部看，该槽形管大体上可以描述为至少包括三个区域一个迅速减小颈部横截面积的区域146，一个最大收缩区域148，和一个迅速增大颈部横截面积的区域150。虽然图中没有表示，但是槽形管130也可以包括和上个实施例中的柱形部分40相对应的圆柱形部分。
图7是槽形管130的颈部视图，在该处可以看到几个更为可取的凹面或由凹槽或沟槽152所隔断，彼此之间不连续的凹形侧壁153，这些凹槽或沟槽152从槽形管颈部开始收敛的一点延伸到颈部完全张开的区域150处为止。侧壁或凹陷153如果连续的话，大致可以形成一个锥状。从图6-9中可以看出，该沟槽是非常窄的，并且朝着出气端逐渐扩展。
图10是沿图7的10-10线的纵轴截面视图，它更清楚地显示了凹陷153、沟槽152的形状和槽形管的外形。
整体槽形管的第三个实施例可见图11-13，象前两个实施例一样，槽形管230具有三个变化的颈部收缩区域，这一点可以从管的内部看到。区域246展示了颈部横截面积的迅速减小，该区域由接近进气端232处开始。区域248是最大颈部收缩截面，而区域250的颈部横截面积则是随着朝向出气端234延伸而逐渐增大的。这些可以从图12中看出，图12是从进口端232向里看的端视图，颈部区域246的迅速收缩是由几个向内形成的侧壁或凹陷253形成的，这些侧壁或凹陷又构成了脊部257，这些脊部在最大收缩点248处达到顶点255，由这些顶点255开始，该槽形管的内表面沿中心线向外以全方向扩展。沿着进入区域246的方向，其坡度对比较为渐变的区域250的坡度更为变化迅速。
在各脊部257之间形成数个沟槽252(在这里它们具有相同的尺寸，但并非必须如此)，这些沟槽在整个槽形管的长度上各自从进口端232延伸到出口端234，在进口端和出口端脊部就不再容易区分出来了。
图14-17展示了本发明的第四个实施例，它包括整体槽形管330a和330b。在图14中由数码310指示的装置包括一个由已知技术构成的消声器311和一个或两个整体槽形管330a或330b。两槽形管表明它们都具有4个沟槽352，而不同于在上述实施例中表明的3个沟槽，这说明了是可以进行形状的更迭的，并且本发明也不局限于3个或4个沟槽，但可以给出从1到较大数量的沟槽的一个范围，这仅仅取决于槽形管的材料由该槽形管的原始周线(整体形状)成形为那种形状的能力。因此，前述的那些实施例可以由这里展示的330a和330b所代替。此外，330a和330b之间的区别仅仅是330b包含有一些穿孔370和填料372，否则，可以认为两者是完全相同的。
本实施例中槽形管330b在排气管380中被用作声塞，而槽形管330a可以整个在进气排气管381中构成一声塞或象如图所示一样这种管和消声器311设置在一条线上。这些槽形管可以在适当的位置使用点焊技术焊接或使用其他联接手段联接。除了相对于前面所述实施例的沟槽252有4个沟槽352以外，否则槽形管330a和330b会被认为与图13所示的实施例大致相同。
整体槽形管的结构是很简单的而且非常适宜于不同的颈部收缩在各个直径和整个长度上进行修改，从而用同样的设备可以制造出各种各样的消声器。这种槽形管可以这样形成在筒形元件两端之间的某一部位上，通过无损伤地挟挤，把周绕圆周的几个部位的外表面挟拢，使筒形元件内部形成一沿圆周分布的不连续的颈部收缩以及筒形元件在该部位由挟挤而成的沟槽。槽形管也可以这样形成在筒形元件内侧压入成对间隔的凹槽，由此可以以在筒形元件内部两端之间的某一位置上形成一沿圆周分布的不连续的颈部收缩，同时在凹槽之间形成沟槽。这种凹槽的深度也可沿其构成元件的长度变化，以便凹槽可达一峰值，然后朝着槽形管的另一端逐渐减退。关于使用机器来制造槽形管，可以用一种工具推压管壁，使管壁逐渐变形而形成(带有凹陷的)这种新形状的管。沟槽的深度和宽度很容易通过调整简单的成形模具来控制。结果所形成的结构就是一个沿圆周径向不对称的管。可以认为槽形管可以制成无限数量的颈部收缩以及各种仅仅通过微调凹槽角度就可得到颈部收缩处前部和后部形状的角度。这里不必使用新的模具或工具。
使用在噪声抑制装置中的本发明的工作过程可参照图1加以说明。在图1中，消声器10是以在现有技术中已知的直通气流消声器外壳为基础的。在结构上各种各样的变化均展示在美国专利第4368799和3672464号中。无论如何应当清楚，该发明不局限于用这些结构，还可在许多其他类型的消声器结构中加以使用，例如，象美国专利第4267899和3419892中所示的结构;以及排气消声器，如在美国专利第4325460号中所表明的结构。
回到图1，排出的气体进入进气管18然后总要通过该管直到到达该管尽头为止。这些气体然后再进入管30的进气端，这是因为不存在着另外的通路。管30的收缩颈部在这种情况下就象为人所知的先有技术中的声塞或文杜里管一样产生噪声抑制，一部分气流通过颈部收缩部分逃逸，另一部分气流则从旁路沟槽52流过，其效果增加了噪声抑制并且减小了通过管道的背压。很明显这是由于两种流动方式相互作用引起的，一种是气流流经颈部收缩部分，而另一种是气流流过无障碍的沟槽。
其余附图所表明的各实施例的噪声衰减工作过程都是相同的。
图14中表明了该整体槽形管330a和330b的另一种布局，在一个标准的消声器前方或者在其后方并在同一轴线上装有一排气管。该排气管可以有穿孔和填料，也可以没有这些特征，并且排气管可以由排气管380，381分别构成也可由排气管380，381整体构成。
最佳工作状态下的整体槽形管样机实验研究表明，它和类似尺寸大小、径向不对称的声塞相比较可以获得较低的压降和较高的最大速度。沟槽的最佳数目为3，而4个沟槽的槽形管实际上相对差一些。人们也期望着由无缝管状材料来生产这种槽形管，或者至少使焊缝就在沟槽上或接近沟槽，在本发明中焊缝的意义实际上比带有不对称声塞的先有技术装置降低了。在先有技术装置中，声塞是由模压成形的哑铃状喷口和一个焊接成的锥形部组成。在颈部收缩部位联接这些部件会引起令人讨厌的涡流。声塞也可由两个相同的部分在其中点焊接在一起构成，由此而形成两个焊缝。这些焊缝会产生气流不连续点，形成令人讨厌的涡流。由于本发明并不依赖于象先有技术中同样情况下的管的对称性，因此焊缝并不会引起在先有技术中固有的麻烦。
当然，暂且不论本发明在工作过程中的优点，我们认为最重要的意义在于本发明可以用于代替先有的锥形文杜里管，并且在实际上降低了生产成本的情况下，至少有相等的性能，该优势是基于这样的事实获得的，锥形文杜里管必须由冲模制成，甚至在其尺寸上作小小的改变也会引起生产成本的显著提出。而本发明却能用同样的工具制成各种不同尺寸和收缩颈部的规格，按规格改制也是非常便宜的。
现在转向本发明作为单个排气管或与消声器结合使用上来，请参看附图18-28，在某种程度上本发明在这里谈到的应用中，有关零部件的叙述并没有改变，我们不再重复这些叙述，并且各种数字标号的解释在前文中也可以找到。
在这种情况下，简单考虑一下图18所示的先有技术结构对于理解本发明是再合适不过的了。图18表示了一个排气管，该排气管可以独立使用，也可以与消声器结合使用。由数码11标示的排气管有一个柱状壳体13;一前端15，由前端接收排出的气体;和一后端17，气体由后端排出。一个与壳体13同轴的锥形文杜里管19安装在壳体里，它有一颈部21，一净化管23穿过壳体13插入，位于沿文杜里管中心轴线并朝向最大收缩区域25。在工作时，排出的气体在由发动机赋予的压力下由管端15进入，从管端17排出。在进气口一侧接近最大收缩区域形成了真空，由此把不洁净的气体从空气滤清器通过净化管吸出，接着再从文杜里管的另一端排出，因此净化管有效地进行了净化，微粒物质则从该装置中排出。
请看图19，该图表示了把本发明用作消声器的附件的一个实施例。应当了解，图19的目的仅在于对某种典型情况加以说明，因此本发明不应由此受到局限。在图19中，一个消声器27有一进气端29和出气端31，该消声器27给整体槽形管式排气管30的进气口33和出气口35提供一加压的气源，在该排气管30的颈部装有一净化管37，这与图18中所述情况在一定程度上类似，这些将在下面进行详细叙述。消声器27和排气管30由夹紧装置39联接使之处于气密状态。
图20表示了一典型的排气管-消声器结合装置，该装置中排气管位于消声器壳体内部。与图19中相应元件类似，用带有小写字母a的同样数字表示其相应元件。不同于图19中的附加方式的排气管，整体槽形管30a位于壳体27a内部且净化管37a也从该壳体通过。
再看图21-24，可以在该实施例中更详细地看到整体槽形管230a和有关元件。
图21-24更清楚地表明了净化管237a和237b的位置。在该实施例中，净化管穿过槽形管230a侧壁上的孔眼，并由垫片233a和233b来加强壁厚。两净化管各包括一段237a′和237b′，它们延伸入沟槽252a内。虽然如图中表示的那样净化管237a，237b通过管230a的侧壁插入接近进口处的沟槽252a内，但是，假若因受制造条件的限制，需要时，净化管237a和237b有少能是通过槽形管230a的进口端插入并延伸到较远处的沟槽252a内，而不选取从邻近沟槽处穿入的方式。还有一种可能就是把一个净化管布置在中心轴线(颈部区)上，事实上这是一种令人满意的结构，请参见图19。
把本发明用于排气管的另一实施例可见图25，有关整体槽形管的详细描述可参阅前面详细介绍的有关噪声抑制部分的叙述。
再提醒一下，象图25中所示的排气管实施例中，净化管237a穿进槽形管230a的侧壁延伸到其颈部。在该实施例中，我们仅表明有一个净化管。然而应该清楚，原则上可以使用任何数量的净化管，其限制仅仅取决于具体的场会下整体槽形管所提供的沟槽(加上中心轴线)的数目。附加的净进管可以联接到其它如空气滤清器、曲轴箱换气装置或其他需要吸排气的装置上。
图26表明的是基于图11-13和20-23所示形状的另一实施例，不同之处在于沟槽252a和沟槽252b、c尺寸既不相同。位置也不对称，而且沟槽也没有以槽形管230a的中心线为中心。虽然图26是最大收缩位置处的横截面视图，但是其它结构可以很容易地从上面提到的视图中推断出来，要注意其中之区别。
与前述的用于排气管的锥形文杜里管不同，我们还发现，把净化管安置在文杜里管颈部的位置，本发明比在先有技术中知道的具有更大的优越性。一般说来，净化管应位于比以前那种先有技术装置的情况更靠近上流的位置。处于这样的位置，背压与真空之比有很大程度的减小。并且通过由于颈部横截面积的减小重新形成真空，这种结构能超过在先有技术中锥形装置的特性。其结果是对于相同的净化气流有较低的背压，在曲线峰值区净化管位置的作用比先有技术装置更为明显。
图27是净化管在颈部中的位置-真空度背压对于各种颈部横截面积的曲线。该曲线表明了净化真空度与背压的比值是净化管在纵向上位置的函数。应当注意，本发明的整体槽形管式排气管有一个最佳特性值，当净化管位于最小颈部截面的稍微偏向上流的位置时达到最佳特性值。最佳值可以从图28中看到，从图中还可看到真空度/背压的值比先有技术锥形设计方案在区线的峰值区实际上增高了。在先有技术中，净化管位于最小收缩区里或超过最小收缩区域几个毫米。在我们的实施例中，我们把净化管设置在最小收缩区域的上流位置，以达到最佳特性值(距离取决于颈部横截面积)。除了这些优点以外，很明显该发明还有另外的优点，那就是几个净化管可以使用在同一个整体槽形管中，限制条件首先是在该特定的实施例中所有的沟槽的数目(加上位于轴线的一个)。在先有技术的圆形文杜里管中没有提供几个净化管的实际方法。
本发明的各种特性和优点以及其结构和功能之细节已在前面的描述中说明了，其新颖的特征在附加的权项中已给予指出。这里的说明无论如何仅仅是解释性的。在本发明原理范围内细节上，特别是在形状、尺寸和零件的安排上的各种改动，已由附加权项中含义广泛的词句所指明的那样，具有很广泛的范围。
权利要求
1.一种噪声抑制装置，它有一个带有进气口和出气口的外壳和一个与上述进出口气体导通的管状元件，上述管状元件包括有前端和后端，且在上述两端之间有收缩的颈部，在上述管状元件中具有至少一个旁路通道，该旁路延伸通过上述收缩区，即允许一部分气流绕过上述收缩区。
2.如权利要求
1所述装置，上述收缩是沿圆周不连续的，至少有一个上述的旁路位于一不连续点。
3.如权利要求
1所述装置，上述收缩起始于接近上述前端并且朝着上述后端逐渐减小。
4.如权利要求
3所述装置，上述收缩限定一颈部横截面区域，它减小到最小面积，然后在其后端逐渐增大到该管的最大面积。
5.如权利要求
3所述装置，上述收缩区域和上述至少一个间断点形成至少一个沟槽，该沟槽由朝着收缩顶点延伸的斜壁邻接而成。
6.如权利要求
4所述装置，上述收缩包括一前区和一后区，从前端看该前区朝着该管的中心轴线达到一顶点，后区从该顶点开始向出气端方向倾斜，后区倾斜较前区平缓。
7.如权利要求
2所述装置，上述至少一个旁路形成沟槽，该沟槽在该管的两端部之间延伸，同时位于上述不连续的收缩之间，从该管的进气端向里看，该收缩有一大体上凹陷部位的前区，且形成一顶点，随后形成几个从这些顶点开始向着出气端方向倾斜的凸起的后区。
8.如权利要求
4所述装置，上述至少一个旁路是一个沟槽，该沟槽在该管两端间延伸并且朝着其后端逐渐变浅。
9.如权利要求
4所述装置，上述的至少一个旁路包括沿该管内表面设置的三个沟槽。
10.如权利要求
9所述装置，上述至少一个旁路包括三个延伸通过上述收缩区的沟槽，并且上述沟即具有不等尺寸。
11.如权利要求
10所述装置，上述三个沟槽是围绕上述管状元件内表面不对称设置的。
12.如权利要求
1所述装置，包括一位于上述至少一个旁路内的净化管，上述净化管位于上述收缩区的最大收缩点的上流外。
13.如权利要求
1所述装置，包括一位于筒形元件轴线上的净化管，上述净化管位于上述收缩颈部的上流处。
14.如权利要求
13所述装置，上述收缩一般有一最大收缩点，且上述净化管在上述沟槽中延伸到上述最大收缩处的上流方向至少1厘米处，以达到最佳工作状态。
15.一种类似文杜里管结构的成形方法，包括如下步骤在筒形元件两端之间的某一部位上，通过挟挤，把围绕圆周的几个部位的外表面挟拢，使筒形元件内部形成一沿圆周分布的不连续的颈部收缩。
16.一种类似文杜里管结构的成形方法，包括如下步骤在筒形元件内侧压入间隔的凹槽，由此可以在筒形元件内部两端之间的某一位置上形成一沿圆周分布的不连续的颈部收缩，同时在凹槽之间形成沟槽。
17.一种根据权利要求
16的方法，其中凹槽的深度沿其构件的长度变化，以便凹槽可达一峰值，进而逐渐减退。
专利摘要
一种用于噪声抑制或排气管的整体槽形管，包括一个管状物(30，130，230，230a)，几个沟槽(52，152，252)。该沟槽延伸经过带有顶点(57，58，153，253)特征的收缩区域。在工作状态下，气流通过收缩部分，在该收缩部分产生文杜里效应，而另一部分气体则绕过收缩部分，从沟槽旁路排出。当作为排气管情况下，在沟槽252a的一个中沿该管的轴线放置一个净化管237a。
文档编号F01N1/00GK85106077SQ85106077
公开日1987年3月25日 申请日期1985年8月12日
发明者布鲁斯·B·霍彭斯蒂德, 乔安尼·E·克莱恩汉茨, 戴维德·L·罗伯特斯, 斯蒂文·D·施迈谢尔, 韦恩·M·瓦格纳, 约翰·S·威斯 申请人:多纳尔德桑公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan