消声器组件及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及消声器组件(1)，所述消声器组件包括一个或多个排气管(2)、由所述排气管(2)中的至少一个承载的聚合物外壳(4)；内衬在所述外壳内表面并在所述外壳-排气管界面(7)处在所述外壳(4)和排气管(2)之间延伸的隔热层(6)；其中所述隔热层(6)包括非织造织物；其中当所述织物暴露于热时，所述织物的厚度增加以在所述外壳-排气管界面(7)处密封所述消声器组件(1)并为所述聚合物外壳(4)提供隔热。
【专利说明】消声器组件及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及提供改善的隔音性能并易于制造的轻型聚合物消声器组件。
【背景技术】
[0002]内燃机和其它类型的发动机的排气系统组件主要设计用于降低废气排出发动机时的噪音。典型的排气系统包括将废气和声音排出发动机的排气管和降低通过排气管传播的声音的消声器。消声器根据降低噪音的模式包括两种一般类型。反射消声器通过在一系列结构中反射声波来降低噪音。已知通过使用吸收材料如玻璃粗纱吸收声波来降低噪音的消声器为耗散式消声器或吸收消声器。
[0003]反射消声器使用共鸣器或通过消声器中的迷宫样挡板改变排气流向。反射消声器通常包括中空钢外壳，所述中空钢外壳限定膨胀室和一个或多个挡板和/或与膨胀室流连通的共鸣器室、以及入口管和出口管。声波进入并反射离开内表面以彼此抵消，从而降低噪曰?
[0004]高温废气以及该气体的腐蚀性通常已经导致设计者在消声器的加工成形中使用金属，尤其是钢。腐蚀是一个问题，并且已经通过使用更昂贵的合金如不锈钢或钢合金得到解决。然而因为金属的高密度，消声器通常仍然体积大并且重。
[0005]在降低消声器重量的努力中，已经设计了具有耐高温性的聚合物消声器外壳，参见例如美国专利 5，321，214,5, 340，952 以及 5，052，513,6, 543，577 和欧洲专利 446，064。然而，聚合物消声器外壳必须在非常热的排气管处以某种方式交接并密封。已经给予了使聚合物消声器外壳对非常热的排气温度绝缘的问题很多关注。
[0006]US7810609提出了吸收消声器，所述吸收消声器包括金属排气管，所述金属排气管包括多个穿孔、由排气管承载并包封所述多个穿孔的聚合物外壳，并且包括轴向相对的端部。隔音系统承载在隔热和聚合物外壳之间。消声器包括用于在聚合物外壳和排气管的界面处密封消声器组件的凸缘。
[0007]US5468923公开了聚合物消声器，所述聚合物消声器包括两个半块，每个具有挡板壁和在其中整体模塑的气流开口。气流开口不与挡板壁的配合边缘相交。消声器半块沿着挡板壁的配合边缘和两个消声器半块的外壁接合。
[0008]JP61077544提出了通过将由合成树脂制成的粘稠弹性体附接到由合成树脂纤维形成的板状非织造布料的背面得到的具有消声性能的消声材料。
[0009]JP61034310公开了通过形成表层被用作消声构件的泡沫体和成形体。表层具有比泡沫部件更高的耐热特性。
[0010]US20070240932提出了复合消声器系统，所述复合消声器系统由长纤维热塑性塑料形成。一种合适的消声器结构是多部件消声器组件，所述多部件消声器组件包括至少一个长纤维热塑性塑料外壳部分。
[0011]EP394451B1提出了轻型消声器，所述轻型消声器具有高噪音消去效应。外壳可为热致液晶聚酯单层或包括第一层热致液晶聚酯和第二层另一种结构材料如不锈钢的多层结构。
[0012]US20100269344公开了制备消声器系统的方法，其中消声器聚合物主体具有在消声器聚合物主体的长度之上恒定的横截面。
[0013]US20090194364公开了具有聚合物主体的消声器，该聚合物主体通过在排气管和聚合物主体之间具有气隙来防止因排气管而过热。
[0014]仍然需要具有聚合物外壳的消声器组件，所述聚合物外壳具有改善的隔音调整能力、降低的总重量、并且易于制造，尤其是解决了在外壳-排气管或外壳-安装转接器界面处绝缘并密封聚合物外壳的问题。
【发明内容】
[0015]本发明公开了消声器组件，所述消声器组件包括:
[0016]a) 一个或多个排气管，所述排气管中的至少一个具有多个穿孔；
[0017]b)由所述排气管中的至少一个承载的聚合物外壳，所述聚合物外壳具有外壳内表面和至少一个外壳-排气管界面，并且所述聚合物外壳包封多个穿孔以提供一个或多个隔音室；和
[0018]c)内衬在所述外壳内表面并在至少一个外壳-排气管界面处在外壳和排气管之间延伸的隔热层；其中隔热层包括非织造织物，所述非织造织物包括压缩在其上的卷曲的耐热有机纤维，所述纤维由热塑性粘合剂保持在压缩状态；
[0019]其中当织物暴露于热时，所述织物的厚度增加以在外壳-排气管界面处密封消声器组件并为聚合物外壳提供隔热。
[0020]本发明也公开了制备聚合物消声器组件的方法，所述方法包括以下步骤:
[0021]i)装配一个或多个排气管以形成管子组件，所述排气管中的至少一个具有多个穿孔；
[0022]ii)用由所述排气管中的至少一个承载的两个或更多个聚合物外壳部分包封管子组件，所述聚合物外壳部分具有外壳内表面和至少一个外壳-排气管界面，并且所述聚合物外壳部分包封多个穿孔以提供一个或多个隔音室；其中隔热层内衬在所述外壳内表面并在至少一个外壳-排气管界面处在外壳和排气管之间延伸，并且其中所述隔热层包括非织造织物，所述非织造织物包括压缩在其上的卷曲的耐热有机纤维，所述纤维由热塑性粘合剂保持在压缩状态；
[0023]iii)将聚合物外壳部分粘附或附接在一起以形成聚合物消声器组件；
[0024]iv)充分加热消声器组件，使得加强型非织造织物的厚度增加以在外壳-排气管界面处密封消声器组件并为聚合物外壳提供隔热。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是消声器组件的剖视图，其示出了在聚合物外壳和安装转接器之间的界面处密封的隔热层。
[0026]图2是类似于图1的消声器组件的剖视图，其包括邻近隔热层的金属层；在聚合物外壳和排气管之间的界面处密封的金属层和隔热层。
[0027]图3是消声器组件的剖视图，其示出了聚合物挡板和三个隔音室。[0028]图4是消声器组件的剖视图，其示出了聚合物挡板金属层和三个隔音室。
[0029]图5是消声器组件的剖视图，其示出了金属挡板。
[0030]图6是消声器组件的剖视图，其示出了金属挡板和邻近隔热层的金属层。
[0031]图7是消声器组件的剖视图，其示出了附接到排气管的金属支架。
[0032]图8是消声器组件的剖视图，其示出了在外壳-排气管界面处的两层隔热层。
[0033]图9是消声器组件的剖视图，其示出了在外壳-排气管界面处的两层:金属层和隔热层。
【具体实施方式】
[0034]“消声器组件”是指完整的消声器系统，所述消声器系统包括具有多个穿孔的一个或多个排气管以及废气入口和出口 ；和任何任选的内部组件如挡板和附加管；和聚合物外壳。消声器组件是反射式消声器组件，这是由聚合物外壳以及任选的挡板和管提供的一个或多个隔音室的结果。
[0035]“内部挡板”是指一系列的一个或多个分隔板，它们用于在消声器组件内形成两个或更多个隔音室。无任何挡板的消声器组件构成单隔音室。挡板是引导废气流过消声器组件的隔板。
[0036]消声器组件的内部组件包括一个或多个排气管、聚合物挡板、金属挡板、金属支架、以及包封在聚合物外壳中的任何其它组件。
[0037]术语标称界面是指消声器组件的一个或多个区域，其中聚合物外壳将接触消声器组件的内部组件；除了在聚合物外壳和内部组件之间存在至少一个隔热层之外。在优选的实施例中，标称界面也包括至少一个金属层的存在。
[0038]一个或多个排气管和任选的内部组件如挡板和附加管可以本领域技术人员期望的任何方式构造，以允许通过声波的反射来降低噪音。
[0039]“聚合物外壳”是指具有由聚合物材料制成的主体(壳体)的外壳。聚合物外壳是消声器组件的最外部件并且包封一个或多个排气管的多个穿孔以及任何其它内部组件，以提供一个或多个隔音室。聚合物外壳具有外壳内表面和至少一个外壳-排气管界面。
[0040]外壳-排气管界面在一个或多个排气管上承载外壳并且因此所述排气管据称“承载”聚合物外壳。在一个实施例中，在排气入口管和排气出口处分别存在两个承载聚合物外壳的外壳-排气管界面。在消声器组件内可能存在用于引导废气的其它管，但是不具有外壳-排气管界面。
[0041]隔热层内衬外壳内表面。优选地，隔热层内衬至少80%的外壳内表面区域，还更优选地，隔热层内衬基本上全部外壳内表面。
[0042]隔热层在外壳-排气管界面处在外壳和排气管之间延伸。因此，外壳-排气管界面是标称界面。外壳-排气管界面具有在外壳和排气管之间的一个或多个隔热层。
[0043]在一个实施例中，内衬在内表面并在外壳-排气管界面处在外壳和排气管之间延伸的隔热层是整体层。在另一个实施例中，内衬内表面的隔热层是一个或多个不同的部件，并且在外壳-排气管界面处的外壳和排气管之间的隔热层可为一个或多个不同的部件。同样地，隔热层行使两个功能:内衬内表面并位于外壳-排气管界面处的外壳和排气管之间，根据本领域技术人员的期望，该隔热层可为相同材料层或不同材料层。[0044]在一个实施例中，在至少一个外壳-排气管界面处在外壳和排气管之间延伸的隔热层包括两个或更多个隔热层。可通过本领域技术人员期望的任何构造提供两个或更多个隔热层。例如，可加入附加层作为外壳和排气管之间的不同部件。可使用隔热层折叠以提供双层、三层、或多层。优选的方法包括使用整体隔热层，用于内衬外壳和在外壳和排气管界面之间延伸这两者，并且折叠隔热层以提供双层。
[0045]消声器组件的一个实施例包括一个或多个内部聚合物挡板，所述内部聚合物挡板在聚合物外壳内整体成型并间隔分布，并且朝一个或多个排气管延伸以提供至少一个挡板-排气管界面，所述一个或多个内部聚合物挡板在消声器组件内提供两个或更多个隔音室。如上所述，所述至少一个挡板-排气管界面可为标称界面。即，挡板-排气管界面可具有在挡板和排气管之间的一个或多个隔热层。可全部或部分密封挡板-排气管界面以使废气通过。
[0046]消声器组件的另一个实施例包括一个或多个内部金属挡板，所述内部金属挡板连接到一个或多个排气管并沿着一个或多个排气管间隔分布，并且朝聚合物外壳延伸以提供至少一个挡板-聚合物外壳界面，所述一个或多个内部金属挡板在消声器组件内提供两个或更多个隔音室。如上所述，所述至少一个挡板-聚合物外壳界面是标称界面。可全部或部分密封挡板-聚合物外壳界面以使废气通过。
[0047]消声器组件的另一个实施例包括至少两个排气管和两个或更多个金属支架，所述金属支架沿着至少两个排气管间隔分布、附接到至少两个排气管、并且连接至少两个排气管。这些支架用于为排气管提供振动稳定性。
[0048]消声器组件的另一个实施例包括邻近隔热层的与外壳内表面相对的面的金属层。金属层可提供对隔热层的保护，使其免于存在于废气中的煤烟积聚。优选地，金属层和隔热层在外壳-排气管界面处在外壳和排气管之间延伸，其中金属层和隔热层在外壳-排气管界面处密封消声器组件。外壳-排气管界面可具有在外壳和排气管之间的一个或多个隔热层和一个或多个金属层。作为另外一种选择，金属层可不存在于隔热层的部分，该隔热层在外壳-排气管界面处在外壳和排气管之间延伸。
[0049]在一个实施例中，在至少一个外壳-排气管界面处在外壳和排气管之间延伸的金属层和隔热层包括两个或更多个金属层和两个或更多个隔热层。可通过本领域技术人员期望的任何构造提供两个或更多个金属层和隔热层。例如，可加入附加层作为外壳和排气管之间的不同部件。可使用金属层和隔热层折叠以提供双层、三层、或多层。
[0050]在一个实施例中，金属层和隔热层彼此附接在一起以提供具有隔热面和金属面的层压体。隔热面被定位成邻近聚合物外壳内表面。
[0051 ] 排气管可由能够耐受典型内燃机温度的任何材料制成。一个或多个排气管和任选的内部组件可由高熔融温度的热塑性聚合物、热固性聚合物、不可熔融的聚合物、或者金属或金属合金如钛、钢、铝、镀铝钢、或不锈钢制成。优选地，排气管和安装转接器由金属或金属合金制成。
[0052]聚合物外壳可由任何种类的聚合物制成，包括热塑性、热固性、或不可熔融的聚合物。聚合物材料可包括通常存在于此类组合物中的任何其它材料，如填料、加强剂、稳定剂、颜料、抗氧化剂和润滑剂。其包括热固性和热塑性聚合物材料这两者。
[0053]在聚合物外壳、挡板、或管的制造中使用的聚合物应为足够耐高温的以耐受其可能由废气所加热到的温度。用于这些聚合物外壳有用的材料包括选自半结晶聚酰胺、热致液晶聚合物、聚酯、聚缩醛的热塑性塑料，和选自环氧树脂、三聚氰胺和酚醛树脂的热固性树脂，以及选自聚酰亚胺、聚(对亚苯基)和包含大于50%下式重复单元的聚合物的不可熔
性聚合物。
[0054]
【权利要求】
1.消声器组件，包括: a)一个或多个排气管，所述排气管中的至少一个具有多个穿孔； b)由所述排气管中的至少一个承载的聚合物外壳，所述聚合物外壳具有外壳内表面和至少一个外壳-排气管界面，并且所述聚合物外壳包封所述多个穿孔以提供一个或多个隔音室；和 c)内衬在所述外壳内表面并在所述至少一个外壳-排气管界面处在所述外壳和排气管之间延伸的隔热层；其中所述隔热层包括非织造织物，所述非织造织物包括压缩在其上的卷曲的耐热有机纤维，所述纤维由热塑性粘合剂保持在压缩状态； 其中当所述织物暴露于热时，所述织物的厚度增加以在所述外壳-排气管界面处密封所述消声器组件并为所述聚合物外壳提供隔热。
2.根据权利要求1所述的消声器组件，还包括一个或多个内部聚合物挡板，所述内部聚合物挡板在所述聚合物外壳内整体成型并间隔分布，并且朝所述排气管延伸以提供至少一个挡板-排气管界面，所述一个或多个内部聚合物挡板在所述消声器组件内提供两个或更多个隔音室。
3.根据权利要求1所述的消声器组件，还包括一个或多个内部金属挡板，所述内部金属挡板连接到所述排气管并沿着所述排气管间隔分布，并且朝所述聚合物外壳延伸以提供至少一个挡板-聚合物外壳界面，所述一个或多个内部金属挡板在所述消声器组件内提供两个或更多个隔音室。
4.根据权利要求1所述的消声器组件，包括至少两个排气管和两个或更多个金属支架，所述金属支架沿着所述至少两个排气管间隔分布、附接到所述至少两个排气管、并且连接所述至少两个排气管。`
5.根据权利要求1所述的消声器组件，还包括邻近所述隔热层的与所述外壳内表面相对的面的金属层。
6.根据权利要求5所述的消声器组件，其中所述金属层和所述隔热层在所述外壳-排气管界面处在所述外壳和排气管之间延伸，其中所述金属层和所述隔热层在所述外壳-排气管界面处密封所述消声器组件。
7.根据权利要求1所述的消声器组件，其中在所述至少一个外壳-排气管界面处在所述外壳和排气管之间延伸的隔热层包括两个或更多个隔热层。
8.制备聚合物消声器组件的方法，包括以下步骤: i)装配一个或多个排气管以形成管子组件，所述排气管中的至少一个具有多个穿孔； ?)用由所述排气管中的至少一个承载的两个或更多个聚合物外壳部分包封所述管子组件，所述聚合物外壳部分具有外壳内表面和至少一个外壳-排气管界面，并且所述聚合物外壳部分包封所述多个穿孔以提供一个或多个隔音室；其中隔热层内衬在所述外壳内表面并在所述至少一个外壳-排气管界面处在所述外壳和排气管之间延伸，并且其中所述隔热层包括非织造织物，所述非织造织物包括压缩在其上的卷曲的耐热有机纤维，所述纤维由热塑性粘合剂保持在压缩状态； iii)将所述聚合物外壳部分粘附或附接在一起以形成聚合物消声器组件； iv)充分加热所述消声器组件，使得所述非织造织物的厚度增加以在所述外壳-排气管界面处密封所述消声器组件。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述聚合物消声器外壳部分在步骤(iii)中通过紧固件、粘接剂、或聚合物焊接方法附接在一起。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述聚合物消声器外壳部分在步骤(iii)中通过聚合物焊接方法附接在一起，所述聚合物焊接方法选自超声焊接、激光焊接、或振动焊接。
11.根据权利要求8所述的方法，还包括邻近所述隔热层的与所述外壳内表面相对的面放置金属层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述金属层和所述隔热层在所述外壳-排气管界面处在所述外壳和排气管之间延伸，其中所述金属层和所述隔热层在所述外壳-排气管界面处密封所述消声器组件。
【文档编号】F01N13/18GK103502584SQ201280021091
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2012年4月30日 优先权日:2011年4月29日
【发明者】D.P.琼斯, P.勒博伊尤夫, K.P.莫勒 申请人:纳幕尔杜邦公司