諧振消聲器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用亥姆霍茲共振原理和微孔板高頻濾波消聲功能制成的一種用于內(nèi)燃發(fā)動機廢氣排放的消聲器結(jié)構(gòu)裝置，內(nèi)置的高速氣流諧振腔(板)是該消聲器的基本結(jié)構(gòu)特征和核心裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，內(nèi)燃式發(fā)動機(包括汽油機、柴油機、燃氣發(fā)動機等，以下簡稱發(fā)動機)的廢氣排放消聲器(以下簡稱消聲器)，分有阻性、抗性、或阻抗混合型三種類型，廣泛配置在汽車、工程車輛、內(nèi)燃氣動工具等內(nèi)燃動力裝置上，并成為必備裝置。依實際使用需要和可能性，消聲器會設(shè)計成筒形、方形、扁形、盒式或回管等外形。國家行業(yè)標準按照消聲器殼體內(nèi)設(shè)置的分腔個數(shù)，分類為A、B、C、D四種類別，并提示典型結(jié)構(gòu)示意，規(guī)定各種類別的消聲器消聲量指標:插入損失和功率損失比。以此，設(shè)計成不同配置要求的消聲器。然而，由于消聲器的實際消聲效果，不僅與消聲器的有效容積、類型、結(jié)構(gòu)材料有關(guān)，而且還在一定程度上取決于發(fā)動機轉(zhuǎn)速、氣缸數(shù)和沖程數(shù)等，為達到好的消聲效果，消聲器可能會設(shè)計的相對較大，從而帶來占有空間大、成本相對會高的結(jié)果。常規(guī)消聲器的有效容積和發(fā)動機排量的比值一般在10?50倍的范圍內(nèi)，為協(xié)調(diào)消聲效果、消聲器體積、和實際配置許可空間的關(guān)連性，在相對小的空間結(jié)構(gòu)尺寸下，獲得好的消聲效果成為消聲器設(shè)計和配置的基本指針之一。
[0003]當高速高壓不穩(wěn)定流體從一個管口向常壓的空間瞬間排放是流體動能急劇釋放的過程,會造成釋放口氣體的碰撞和強烈擾動,碰撞和擾動的流體將一部份流體動能直接轉(zhuǎn)化為不規(guī)則的聲場能量散發(fā)而產(chǎn)生強噪聲，同時，高速高壓不穩(wěn)定氣流對管壁的沖擊和氣流本身隨帶的噪聲也在氣體排放的過程中向空間散發(fā)。發(fā)動機從排氣口隨廢氣排放的噪聲包括燃料在氣缸內(nèi)燃燒的爆炸聲、內(nèi)部機件在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的摩擦聲和碰撞聲、氣流排出時的破擦聲，及氣流對排氣管壁、內(nèi)腔摩擦和沖擊激振產(chǎn)生的次級噪聲等，噪聲頻譜寬，且能量大。
[0004]常規(guī)的降噪措施是廢氣從發(fā)動機氣口排出后，從消聲器進口管進入消聲器殼體，而殼體已被分隔出若干腔室用于氣流擴張和緩沖，腔室與腔室之間通過相應的管件勾連，氣流在腔室擴張、混響釋放單位動能，當氣流通過不同的管件時，激發(fā)管件諧振阻斷不同頻率的高頻噪聲，而低頻噪聲則通過腔室擴張、混響吸收和釋放，在配以阻性或抗性殼體達到發(fā)動機排氣降噪的效果。這種降噪措施需要一定數(shù)量和大小的腔室來達成降噪目標，降噪要求高時，消聲器體積相對的大，因而在受限空間配置常規(guī)消聲器可能達不到明顯或要求的降噪效果，且降噪成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是:在高速發(fā)動機上布置消聲器，且在總成空間受限的前提下，提供一種采用小空間結(jié)構(gòu)的高效消聲器解決方案。后續(xù)頁中介紹的一個使用實施例是采用本發(fā)明后，得到消聲器的有效容積和發(fā)動機排量的比值是12，發(fā)動機為高速單缸二沖程發(fā)動機，噪聲排放測試(75%負荷)達到GS認證限值要求，且全負荷運行時也能達到GS認證限值，而滿負荷與空負荷的噪聲差值未超過2.5dB (A)。
[0006]本發(fā)明應用的消聲基礎(chǔ)原理:一是利用亥姆霍茲共振原理；二是利用微孔板對高頻噪聲的濾波效應。將兩者結(jié)合為一種具體結(jié)構(gòu)的降噪諧振腔，這種類型的降噪諧振腔是本發(fā)明的基本特征和核心結(jié)構(gòu)。
[0007]a，利用亥姆霍茲共振原理是:聲波在沖擊布有一定數(shù)量微孔的封閉腔上的微孔板時，微孔內(nèi)會產(chǎn)生一個個微小氣柱，作用類似氣彈簧，起到平滑、緩沖、分散和吸收沖擊力的作用，從而吸收和降低氣流的沖擊噪聲；
[0008]b，微孔板對高頻噪聲的濾波效應是:聲音穿過微孔時，微孔會對不同波長的聲波發(fā)生針對性的阻隔，不同的微孔孔徑對應不同的聲波阻隔范圍和阻斷能力，且阻斷能力隨聲頻增高變強，此時微孔板類同音篩，當不規(guī)則聲波頻率和波長混成的高頻噪聲及氣流通過微孔板時，一部份頻率的噪聲波被阻斷或能量弱化，噪聲頻率段的跨度變窄，高頻噪聲被過濾掉。由于微孔板對高頻噪聲頻率帶的響應范圍寬，濾波效應明顯，降噪效果形成。
[0009]本發(fā)明的第一結(jié)構(gòu)特征是在消聲器殼體內(nèi)部設(shè)置一諧振腔(板體)，腔體平面的布設(shè)方向可與氣流方向成正交，也可與氣流方向成任一角度。該諧振腔(板體)是僅由近距相鄰的兩塊不同孔徑的微孔板構(gòu)成，微孔板近距相鄰也是該諧振腔體的局部特征，孔徑小(d2)的微孔板近進氣口，孔徑大(dl)的微孔板近出氣口，兩相鄰微孔板的間距是在I到2倍(dl+d2)的尺寸范圍內(nèi)選擇，dl和d2是微孔孔徑。當發(fā)動機排出的高速氣流穿過諧振腔微孔板時，高頻噪聲波先被過濾，而2塊孔徑大小不同的相鄰微孔板又可以覆蓋較寬波段范圍內(nèi)的高頻噪聲波的過濾，產(chǎn)生濾波效應的疊加和擴展，實現(xiàn)高速氣流本身的高頻噪音降噪；同時，由于兩微孔板的相鄰間距相對較小，在不同孔徑和高密度微孔的作用下，兩微孔板之間高密度相臨的微小高速氣流產(chǎn)生氣流諧振，匯成一個隨高速氣流通過而同步形成的動態(tài)彈性氣柱層，平滑、緩沖、分散氣流沖擊和吸收氣流的高頻噪聲波，從而發(fā)生氣流斷層面上諧振性的亥姆霍茲共振消聲效應，實現(xiàn)高速氣流本身的高頻噪音降噪，并緩解高速氣流沖擊消聲器殼體構(gòu)件次生激震噪音。從上表述，第一結(jié)構(gòu)特征的消聲作用是由微孔板濾波和亥姆霍茲共振消聲共同組成，兩者同步，具有雙重降噪特點，達成高效降噪目的。
[0010]本發(fā)明的第二結(jié)構(gòu)特征是消聲器殼體腔和諧振腔(板體)是共腔性包容設(shè)置，組成諧振腔(板體)的微孔板是微孔高密度板，且微孔是通腔布設(shè)，氣流通過時不會產(chǎn)生明顯限流現(xiàn)象，可以認為消聲器殼體腔和諧振腔(板體)是共腔性的，為一體腔型結(jié)構(gòu)。從發(fā)動機排出口排出的高速氣流可以在殼體腔內(nèi)無流動性阻礙的膨脹減壓和混響釋放出單位動能，較好的吸收、弱化和抑制發(fā)動機因沖程換氣時排放廢氣產(chǎn)生的氣流沖擊噪聲。同時，由于一體腔型結(jié)構(gòu)氣流的流動性阻礙小，高熱、高速的廢氣從排出口排出迅速，發(fā)動機的排氣背壓相應減小，與常規(guī)結(jié)構(gòu)的消聲器比較而言，發(fā)動機功率損失小，燃油消耗量小，也可提升發(fā)動機動力總成裝置輸出有效功率。
[0011]本發(fā)明的第三結(jié)構(gòu)特征是僅在消聲器殼體腔兩端加設(shè)吸音層，采用纖維或空洞結(jié)構(gòu)的防火材料，其中出口側(cè)端是較厚吸音層，吸音層厚度是在密封筒體端口的上端蓋到消聲器的氣流出口管之間距離的(1/3?1/2)尺寸范圍內(nèi)，加設(shè)后，不會明顯壓縮掉氣流膨脹擴張所需的殼體腔容積，但可吸收殼體腔內(nèi)噪聲波反射和減少氣流沖擊殼體板時次生的激震噪聲波，另一方面，由于是兩端加設(shè)吸音層，殼體內(nèi)表面無吸音層，高速氣流從空間結(jié)構(gòu)上不會產(chǎn)生對吸音材料的流動性切帶,可長期維持殼體內(nèi)局部性的阻性吸音能力。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實施例用于發(fā)動機成套的一個諧振消聲器總成的軸側(cè)外觀視圖。
[0013]圖2是本發(fā)明實施例的諧振消聲器主構(gòu)件分解視圖。
[0014]圖3是本發(fā)明實施例的諧振消聲器沿殼體中軸線的軸剖面視圖。
[0015]圖4是圖3是沿A-A斷面的劑面俯視圖。
【具體實施方式】
[0016]下面通過實施例的方式進一步說明本發(fā)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實施例范圍之中。
[0017]如圖1和圖2所示，諧振消聲器是由金屬板件構(gòu)成的一個總成，本實施例顯示是采用圓筒形狀的筒體，但不限于此，也可制成方型、扁圓或其它外型的殼體。主要構(gòu)成件包括:
[0018]件I