一种用于涡轮增压器的消声装置的制作方法

本发明涉及消声降噪技术领域，更具体地涉及一种用于涡轮增压器的消声装置。

背景技术：

发动机引入涡轮增压器可以提高汽车的动力性和燃油经济性，但涡轮增压器在高频振动和高速旋转时产生的噪声会对汽车的使用寿命和舒适性产生很大影响，产生噪声的频率范围主要集中在600hz~3000hz范围内。工作时，在这一频率段内会产生很宽的噪声频带，因此涡轮增压器进气系统需要该频率范围内的宽频消声器来消除其特有的hiss声、泄气声、同步和次同步等噪声，并且在这一频率段上需要足够的消声量。单纯的阻性消声器因其消声幅值在全频率范围内有限，因此也无法完全消除涡轮增压器的宽频噪声。另外，目前的发动机舱的安装空间越来越小型化，对消声器的空间尺寸有了更高的要求。

穿孔消声器消声原理类似于亥母霍兹共振效应，声波通过穿孔管的通孔时产生的阻抗效应可明显地衰减与谐振腔室共振频率相同频率的声波，对中高频噪声的消声能力好且消声频带较宽。通过控制谐振腔数，通孔的数目、直径和深度来实现全频率高消声量的消声效果。近年来，对穿孔管消声结构的传递损失研究越来越多，jwsullivan等人建立了声阻抗模型发现声波流速对声阻抗率有较大影响。k.narayanarao等人提出了计算穿孔板声抗阻率的经验公式。康钟绪分析设计了穿孔率、气流参数和频率对声阻抗影响的经验声阻抗率模型。

然而，上述的研究都是基于单腔室穿孔结构。传统的单腔共振性消声器只能抑制窄频带的噪声，无法衰减宽频带中高频噪声，且消声能力较差，以及消声器的结构尺寸较大、结构复杂等问题。

技术实现要素：

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种用于涡轮增压器的消声装置，实现了在460hz~4830hz频率范围内的传递损失幅值均达到20db以上，有效地衰减了中高频的宽带涡轮增压器进气噪声。

本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：一种用于涡轮增压器的消声装置，包括进口管、同轴连接在进口管右端的锥型消声组件、依次同轴连接在锥型消声组件右端的第一柱型消声组件和第二柱型消声组件以及同轴连接在第二柱型消声组件右端的出口管，所述锥型消声组件用于2300hz~4830hz频率范围内的消声，所述第一柱型消声组件和第二柱型消声组件用于460hz~2300hz频率范围内的消声。

优选地，所述锥型消声组件包括第一中心管和环设在第一中心管外层的从左往右体积等比例增大的若干个第一谐振腔，所述第一中心管开设有第一通孔。

优选地，所述第一谐振腔的数量为4个。

优选地，所述第一通孔为矩形通孔。

优选地，所述第一柱型消声组件包括第二中心管和环设在第二中心管外层的第二谐振腔，所述第二中心管开设有第二通孔。

优选地，所述第二柱型消声组件包括第三中心管、环设在第三中心管外层的第四中心管和环设在第三中心管外层的第三谐振腔，所述第三中心管开设有第三通孔，所述第四中心管开设有第四通孔。

优选地，所述第四通孔的直径大于第三通孔的直径。

优选地，所述第二通孔、第三通孔和第四通孔均为圆形通孔。

优选地，所述第一谐振腔、第二谐振腔和第三谐振腔通过相同壁厚的腔壁分隔开形成相互独立的腔室。

优选地，所述进口管和出口管通过法兰固定连接在涡轮增压器的进气管道上。

本发明具有以下优点：

本发明实施例的消声装置结构简单紧凑，消声范围广，消声量大，在460hz~4830hz频率范围内的传递损失幅值均达到20db以上，有效地衰减了中高频的宽带涡轮增压器进气噪声。

附图说明

图1为本发明一种用于涡轮增压器的消声装置的平面结构示意图；

图2为本发明一种用于涡轮增压器的消声装置的剖视结构示意图；

图3为本发明一种用于涡轮增压器的消声装置的仿真模型网格划分图；

图4为本发明一种用于涡轮增压器的消声装置的声音传递损失曲线仿真图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1和图2，本发明实施例提供一种用于涡轮增压器的消声装置，连接于涡轮增压器的进气管道中，包括进口管100、同轴连接在进口管100右端的锥型消声组件200、依次同轴连接在锥型消声组件200右端的第一柱型消声组件300和第二柱型消声组件400以及同轴连接在第二柱型消声组件400右端的出口管500，所述锥型消声组件200用于2300hz~4830hz频率范围内的消声，所述第一柱型消声组件300和第二柱型消声组件400用于460hz~2300hz频率范围内的消声。本发明实施例的消声装置结构简单紧凑，消声范围广，消声量大，在460hz~4830hz频率范围内的传递损失幅值均达到20db以上，有效地衰减了中高频的宽带涡轮增压器进气噪声。

具体地，所述锥型消声组件200包括第一中心管210和环设在第一中心管210外层的从左往右体积等比例增大的若干个第一谐振腔220（该若干个第一谐振腔220组成锥型谐振腔），所述第一中心管210开设有第一通孔230。由于锥形谐振腔内的空间相对较小，因此消声频率值较高，可用于2300hz~4830hz频率范围内的消声。

本发明实施例中，所述第一谐振腔220的腔室过多会造成频带减小，而过少的腔室会使得消声频率不连续，因此所述第一谐振腔220的数量优选为4个，每个所述第一谐振腔220从左往右的体积等比例增大形成锥体结构，所述第一谐振腔220的体积具体大小可以根据不同消声要求频率范围设计成不同规格。所述第一通孔230优选为矩形通孔，其可以根据降噪要求频率范围来设计矩形通孔的深度和大小（例如图2中所示在每个第一谐振腔220的第一中心管210上开设有三个隔开的矩形通孔），由于矩形通孔比圆形通孔容易加工，而消声频率与穿孔率相关，矩形通孔和圆形通孔提供穿孔面积，穿孔率为穿孔面积和穿孔管道总面积之比。

所述第一柱型消声组件300包括第二中心管310和环设在第二中心管310外层的第二谐振腔320，所述第二中心管310开设有第二通孔330；所述第二柱型消声组件400包括第三中心管410、环设在第三中心管410外层的第四中心管420和环设在第三中心管410外层的第三谐振腔430，所述第三中心管410开设有第三通孔440，所述第四中心管420开设有第四通孔450。通过将开有通孔的中心管进行串联和并联的方式引发阻抗失配效应，类比于亥母霍兹共振器的组合，故而消声频率相对较低，可用于460hz~2300hz频率范围内的消声。应当理解的是，所述第二中心管310和第三中心管410可以是一体形成的同一个中心管，也可以是分开形成再拼接固定。

本发明实施例中，所述第二通孔330、第三通孔440和第四通孔450优选均为圆形通孔，并且所述第四通孔450的直径优选大于第三通孔440的直径，可以拓宽低频下限截至频率。应当理解的是，所述第二通孔330、第三通孔440和第四通孔450也可以根据不同消声要求频率范围设计成不同直径大小。

本发明实施例中，为便于加工制作，所述第一谐振腔220、第二谐振腔320和第三谐振腔430（相当于六个腔室）优选通过相同壁厚的腔壁分隔开形成相互独立的腔室，所述进口管100、第一中心管210、第二中心管310、第三中心管410和出口管500优选为一体成型形成，所述进口管100、第一中心管210、第二中心管310、第三中心管410、第四中心管420和出口管500的管厚优选与谐振腔的腔壁厚度相同。

本发明实施例中，所述进口管100和出口管500可以通过法兰固定连接在涡轮增压器的进气管道上，但不限于此。所述消声装置的材质为不锈钢或碳钢，可以是锥型消声组件200与柱型消声组件分开成型再组合成一体，但不限于此。

本发明的消声装置安装于涡轮增压器的进气管道中，当发动机运转时，气流无阻碍通过消声装置，声波在经过中心管的通孔时，通孔与谐振腔组成弹性振动系统，当进气管道的内部声波频率与谐振腔振动系统的固有频率相同时，系统产生共振效应，导致通孔中空气柱的运动速度加快，空气与腔壁摩擦加剧，最大限度的将声能转化为热能，此时对进气管道中噪声的消声效果最大。

本发明实施例通过有限元仿真软件comsolmuitiphysics5.3a对本发明的消声装置声学性能进行仿真分析，验证消声装置的控制降噪效果。请参阅图3，为消声装置内部空气域的网格划分示意图。流体域的介质为空气，设置空气域进口和出口，利用软件中的声固耦合模块计算模型的传递损失。请参阅图4，为消声装置传递损失仿真结果图，在460hz~4830hz频率范围内的传递损失幅值均达到20db以上。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的范围。