一种车辆消声装置、包括其的车辆及车辆余热利用方法与流程

一种车辆消声装置、包括其的车辆及车辆余热利用方法
【技术领域】
[0001]
本发明涉及工程机械领域，特别涉及一种车辆消声装置、包括其的车辆及车辆余热利用方法。


背景技术：

[0002]
随着国家法律法规对工程车辆性能要求的不断提高，工程车辆的减振降噪与热管理变得越来越重要，工程车辆的振动噪声与热管理水平已经成为产品竞争力和品牌影响力的重要指标，直接影响产品的优胜劣汰。作为工程车辆的主要振动源之一，发动机的振动传递到消声装置上，造成消声装置结构破坏及引起消声装置表面向外辐射噪声；作为工程车辆的主要噪声源之一，发动机的排气噪声影响工程车辆工作时所产生的机外噪声；作为工程车辆的主要热源之一，在发动机工作的过程中，消声装置在发动机排出废气的作用下，本体温度会迅速升高，这一部分热量会散发在大气中，造成能源的浪费，如何有效降低消声装置自身振动，如何有效提高消声装置的降噪效果，如何有效利用消声器余热，是本领域技术人员函待解决的技术问题。
[0003]
为此，我们提出一种车辆消声装置、包括其的车辆及车辆余热利用方法。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，本发明消声器内设置有包括大球腔体和小球腔体的双球腔体结构，小球腔体内置于所述小球腔体内，所述大球腔体上和小球腔体上均开设有通孔，能提高全频段消声量，并得到很好的消声效果，降低工程车辆噪声，同时，本发明提供的车辆余热利用方法充分利用消声装置余热，利用热交换装置对消声装置余热进行转化，并对发动机制热效果进行补充，提高了工程车辆热管理性能。
[0005]
为达到上述目的/为解决上述技术问题，本发明是采用下述技术方案实现的：一种车辆消声装置,包括消声器，所述消声器包括壳体、设于壳体内的双球腔体结构和连接于壳体上的进气管与出气管；
[0006]
所述双球腔体结构包括大球腔体和小球腔体，所述小球腔体设于大球腔体内，大球腔体和小球腔体上均开设有通孔；
[0007]
由车辆发动机排气管排出的气流通过进气管依次进入大球腔体、小球腔体，再由小球腔体进入大球腔体并最终经出气管排出。
[0008]
可选地，所述壳体包括外壳体和内壳体；所述内壳体设于外壳体内，并与外壳体之间留有间隙，所述间隙内设有热交换装置，所述热交换装置能够将所收集的热能传递至车辆发动机。
[0009]
可选地，所述壳体包括外壳体和内壳体；所述内壳体设于外壳体内，并与外壳体之间留有间隙，所述间隙内设有热交换装置，所述热交换装置能够将所收集的热能传递至车辆发动机。
[0010]
可选地，所述热交换装置包括附着于内壳体上的循环管路、控制循环管路流量的
电磁阀以及驱动循环管路内换热介质循环流动的循环泵；所述车辆发动机的循环管道的出水口设有温度传感器；所述循环管路的出水口与循环管道的进水口相连通，所述循环管道的出水口和所述循环管路的进水口均与车辆发动机的水箱连通；所述电磁阀、循环泵、温度传感器均与控制器信号连接。
[0011]
可选地,所述进气管和/或出气管的末端延伸至所述壳体内，位于壳体内的部分分布有气孔。
[0012]
可选地，所述出气管内设有多个排气扇，至少其中两个排气扇不同向旋转。
[0013]
可选地，还包括支架、支座和减振器，所述壳体通过支座支撑于所述减振器上，所述减振器设于支架上。
[0014]
可选地，所述支架为弓形支撑板，所述弓形支撑板的两端卷边。
[0015]
一种车辆消声装置余热利用方法，包括进气管与车辆发动机排气管相连通的消声器、能够与消声器内气流发生换热的循环管路、能够与车辆发动机发生换热的循环管道、控制循环管路流量的电磁阀以及驱动循环管路内换热介质流动的循环泵；所述车辆发动机的循环管道的出水口设有温度传感器；所述循环管路的出水口与循环管道的进水口相连通，所述循环管道的出水口和所述循环管路的进水口均与车辆发动机的水箱连通；所述方法由控制器执行，包括如下步骤：
[0016]
通过所述温度传感器采集循环管道出水口处的温度信息；
[0017]
根据温度信息，开启循环泵、调节电磁阀开度，以控制循环管路内换热介质的流量。
[0018]
一种工程车辆，包括上述的车辆消声装置。
[0019]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0020]
1，本发明消声器内设置有包括大球腔体和小球腔体的双球腔体结构，由车辆发动机排气管排出的气流通过进气管依次进入大球腔体、小球腔体，再由小球腔体进入大球腔体并最终经出气管排出，双球腔体结构的多层衰减作用能够起到良好的消声效果；
[0021]
2，针对动力系统不同频段的噪声特征，本发明进一步利用隔板将大球腔体分割成不等分的腔室，利用不等分腔室的扩张与节流作用提高全频段消声量，以达到更好的消声效果，进一步降低工程车辆的噪声；
[0022]
3，本发明的出气管内布置有多个排气扇，至少其中两个排气扇不同向旋转，在不影响排气压力损失的情况下，反向旋转的排气扇可以相互抵消气流，阻挡噪声传播，减小排气噪声；
[0023]
4，本发明配置有能够与消声器内气流发生换热的循环管路，该循环管路能够根据需要与车辆发动机的循环管道保持连通，充分利用车辆发动机排出尾气的余热，为车辆发动机进行加热，以使车辆发动机维持在合适的温度范围，有助于降低车辆发动机能耗、减少消声器热辐射，达到提高工程车辆热管理性能的目的。
【附图说明】
[0024]
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
[0025]
图1是本发明实施例提供的一种车辆消声装置的整体结构示意图。
[0026]
图2是本发明实施例提供的一种车辆消声装置的剖面图。
[0027]
图3是本发明实施例提供的一种车辆消声装置的支架结构示意图。
[0028]
图4是本发明实施例提供的一种车辆消声装置的第一风扇结构示意图。
[0029]
图5是本发明实施例提供的一种车辆消声装置的第二风扇结构示意图。
[0030]
图6是本发明实施例提供的一种车辆消声装置的减振器结构示意图。
[0031]
图7是本发明实施例提供的一种车辆消声装置的双球腔体结构示意图。
[0032]
图8是本发明实施例提供的一种车辆消声装置的水散循环管路结构示意图。
[0033]
图9是本发明实施例提供的一种车辆余热利用方法的流程图。
[0034]
图中：1、支架；2、减振器；3、支座；4、排气扇；41、第一风扇；42、第二风扇；5、出气管；6、循环管路；7、双球腔体结构；71、大球腔体；72、小球腔体；8、消声器；81、外壳体；82、内壳体；9、进气管；10、隔板。
【具体实施方式】
[0035]
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不做详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
[0037]
在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位词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。
[0038]
实施例一
[0039]
参见图1-2，一种车辆消声装置，包括消声器8，所述消声器8包括壳体、设于壳体内的双球腔体结构7和连接于壳体上的进气管9与出气管5；
[0040]
所述双球腔体结构7包括大球腔体71和小球腔体72，所述小球腔体72设于大球腔体71内，大球腔体71和小球腔体72上均开设有通孔；
[0041]
由车辆发动机排气管排出的气流通过进气管9依次进入大球腔体71、小球腔体72，再由小球腔体72进入大球腔体71并最终经出气管5排出；
[0042]
小球腔体72可以是嵌入在大球腔体71内部，大球腔体71上和小球腔体72上均布置有通孔，针对动力系统不同频段的噪声特征，利用隔板10将大球腔体71分割成不等分的腔室。各腔室呈扇形，各腔室的扇形角可以沿顺时针或逆时针呈梯度变大。如图2所示，沿顺时针方向各腔室的扇形角依次为30度、60度、90度、180度，但不限于此，各腔室的扇形角还可以是其他角度，其原理是：各不等分腔室各自相当于一个赫姆霍兹共振腔，进入壳体内的气流通过大球腔体71的不等分腔室进入到小球腔体72中，通过扩张与节流再进入大球腔体71中，当声波频率与共振腔的固有频率接近或相等时将引起共振,共振用于吸收和消耗噪音，赫姆霍兹共振腔共振频率公式如下：
[0043][0044]
式中，f为赫姆霍兹共振腔的共振频率，c为空气声速，s
1
为入气管(本案中的进气管9)的截面积，l
1
为入气管(本案中的进气管9)的长度，s
2
为赫姆霍兹共振腔的腔体截面积，l
2
为赫姆霍兹共振腔的腔体长度；
[0045]
从上面的公式可以得出以下结论：
[0046]
不同大小的腔体截面积和腔体长度(即隔板10将双球腔体结构7分割成的多个不等分腔室)可以与不同频率的声音发生共振，进行吸收和消耗噪音从而完成降噪工作；
[0047]
需要说明的是：公式中的c、s
1
和l
1
在本技术方案中均为常量。
[0048]
通孔的形状可以为圆形、椭圆形、矩形等形状；
[0049]
隔板10可以采用焊接等固定连接方式固定连接在大球腔体71内，所述隔板10与大球腔体71呈垂直或者倾斜状态；
[0050]
隔板10的形状可以不做限定，只要能够将大球腔体71分割成的多个不等分腔室等封闭腔室即可。
[0051]
进气管9和出气管5均连通在所述消声器8上，车辆发动机排气管对接所述进气管9，所述车辆发动机排气管排出的气流通过所述进气管9进入到所述消声器8并最终经由出气管5排出；
[0052]
双球腔体结构7结构可以固定连接在消声器8内部，同时双球腔体结构7结构的数量不做限定，可以根据实际的工作要求和需要对双球腔体结构7结构的数量进行配置；
[0053]
双球腔体结构7结构可以固定连接在消声器8内部的固定方式可以是焊接或者铆接等方式；
[0054]
在进一步的实施例中，所述壳体包括外壳体81和内壳体82；所述内壳体82设于外壳体81内，并与外壳体81之间留有间隙，所述间隙内设有热交换装置，在车辆发动机工作的过程中，消声装置在车辆发动机排出废气的作用下，消声器8的温度会迅速升高，热交换装置能够将所收集的热能传递至车辆发动机。
[0055]
在进一步的实施例中，所述热交换装置包括附着于内壳体82上的循环管路6、控制循环管路6流量的电磁阀以及驱动循环管路6内换热介质流动的循环泵；所述车辆发动机的循环管道的出水口设有温度传感器；所述循环管路6的出水口与循环管道的进水口相连通，所述循环管道的出水口和所述循环管路6的进水口均与车辆发动机的水箱连通；所述电磁阀、循环泵、温度传感器均与控制器信号连接。
[0056]
在一些寒冷或冷启动环境下，发动机处在不合适的温度下，能耗比较高、工作效率低，为了使发动机处在合理的工作温度内，需要对发动机进行预热，在本发明实施例中，控制器可以利用所述温度传感器采集循环管道出水口处的温度信息；并根据温度信息，开启循环泵、调节电磁阀开度，以控制循环管路6内换热介质的流量。
[0057]
换热介质可以为冷却液、清水等换热介质，水箱内的换热介质在利用循环泵从循环管路6的进水口进入循环管路6内再到从循环管路6的出水口流出的过程中，循环管路6内部的换热介质就与消声器8内部产生的热量实现了热量交换，从循环管路6的出水口流出的换热介质再经由循环管道的进水口流入循环管道并最终由循环管道的出水口再次回流入到水箱内；
[0058]
上述循环管道是附着在车辆发动机外部的。
[0059]
在进一步的实施例中，所述进气管9和/或出气管5的末端延伸至所述壳体内，位于壳体内的部分分布有气孔；
[0060]
在进一步的实施例中，所述出气管5内设有多个排气扇4，至少其中两个排气扇4不同向旋转；
[0061]
参见图4-5，具体的，所述排气扇4可包括前后布置在所述排气扇4内的第一风扇41和第二风扇42，所述第一风扇41与第二风扇42的风动旋转方向相反；
[0062]
出气管5内布置风动旋转方向相反的第一风扇41和第二风扇42，气流经过时，由于第一风扇41和第二风扇42受到风流的影响不同向旋转，排气扇4在不影响排气压力损失的情况下，阻挡了噪声传播，减小了排气噪声；
[0063]
第一风扇41和第二风扇42可以通过十字架装配到出气管5内，十字架固定在出气管5的内壁上，第一风扇41和第二风扇42可通过转轴与十字架连通。
[0064]
参见图6，在进一步的实施例中，消声器8底部设置支撑机构，支撑机构与消声器8固定连接(可采用焊接方式)，消声器8利用支撑机构固定在消声装置的工作位置(如车架)上。具体的，支撑机构可以包括支架1、支座3和减振器2，所述壳体通过支座2支撑于所述减振器2上，所述减振器2设于支架1上，所述支架1安装在所述工作位置上。
[0065]
所述减振器2可以金属橡胶阻尼材料，具体的：外部为金属丝缠绕、内部填充橡胶材料。金属与橡胶的组合，克服了一般橡胶材料和粘弹性材料对于温度过于敏感的缺点，使得减振器2既具有较高的损耗因子来消耗振动能量，又具有较好的导热性。
[0066]
减振器2固定连接在所述支架1和支座3之间，因此减振器2可以开设有用于固定的固定通孔；此时，减振器2可通过贯穿固定通孔的螺栓连接到支架1与支座3之间。
[0067]
参见图3，在进一步的实施例中，所述支架1为弓形且端部为卷边结构，可以采用钢板通过折弯成弓形，在端部进行卷边制成。卷边结构可以贯穿有销轴部件，利用销轴将安装在支架1工程车辆车架或其他适宜位置。振动在弓形结构中传播有很多的衰减，可以起到良好的低频隔振作用。
[0068]
实施例二
[0069]
一种车辆消声装置余热利用方法，可以采用实施例一所述的车辆消声装置实现，至少应包括进气管9与车辆发动机排气管相连通的消声器8、能够与消声器8内气流发生换热的循环管路6、能够与车辆发动机发生换热的循环管道、控制循环管路6流量的电磁阀以及驱动循环管路6内换热介质流动的循环泵；所述车辆发动机的循环管道的出水口设有温度传感器；所述循环管路6的出水口与循环管道的进水口相连通，所述循环管道的出水口和所述循环管路6的进水口均与车辆发动机的水箱连通；所述方法由控制器执行，包括如下步骤：
[0070]
通过所述温度传感器采集循环管道出水口处的温度信息；
[0071]
根据温度信息，开启循环泵、调节电磁阀开度，以控制循环管路6内换热介质的流量。
[0072]
控制器内预设有温度参数控制程序，温度传感器所采集的信息通过串口接入控制器，控制器分析温度信息。电磁阀为控制器的执行元件，也是控制器的被控对象，控制器对接受的温度实时信号进行判定，当温度高于或低于某一阈值时，控制器发送控制指令到电
磁阀，电磁阀接收控制器的控制信号根据控制器控制指令决定本身开度，实现换热介质进入到消声器8中的流量进而调节流入到循环管道内的换热介质温度；
[0073]
当出水口的换热介质温度水温过高时，控制器则会控制电磁阀进一步增大开度，使得进入到消声器8中的换热介质流量增大，降低出水口的换热介质温度；
[0074]
当出水口的换热介质温度水温过低时，控制器则会控制电磁阀进一步减小开度，使得进入到消声器8中的换热介质流量减小，提升出水口的换热介质温度。
[0075]
上述的阈值可以人为的在温度参数控制程序中设定；
[0076]
上述控制器的型号可以为：力士乐rc28-14/30。
[0077]
实施例三
[0078]
一种车辆，包括实施例一所述的车辆消声装置。
[0079]
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。