一种排气消音元件与一种发动机的制作方法

本实用新型涉及发动机消音装置技术领域，尤其涉及一种排气消音元件与一种发动机。

背景技术：

随着发电、船机和矿用柴油机的开发，重型低速柴油机具有很广的应用前景，但是随着升功率提升，其排气噪声逐渐成为柴油机主要的噪声源，甚至高过柴油机噪声。随着柴油机运转，排气门周期性关闭，排气气流形成周期性脉动气流，具有谐次性，一般与运行转速有关，在排气口表现为排气脉冲噪声。排气脉冲噪声的频率f与发动机转速n和气缸数i的关系为：f＝(n/60)×i。

现有的大功率柴油机消音器设计通常采用扩张腔抗性消音器设计，抗性消音元件是依靠变截面结构进行声波反射，实现降噪消音的装置，此类设计消音能力低，且柴油机排气温度变化时导致频率偏移，消音器无法保证特定频段消音效果，导致排气低频噪声突出。

因此，如何使消音装置兼顾发动机的低频、宽频消音效果，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种排气消音元件，该排气消音元件可以兼顾低频、宽频消音效果。本实用新型的另一个目的是提供一种包括该排气消音元件的发动机。

为了达到上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种排气消音元件，包括筒体，所述筒体的两端分别设有元件进气口和元件出气口，所述筒体内部设有与所述元件进气口相接的进气锥管，所述进气锥管的口径沿气流方向逐渐缩小，所述进气锥管的出气端连接有穿孔管，所述元件进气口与所述穿孔管形成第一扩张腔，所述穿孔管的出气端外周设有沿径向延伸至所述筒体的内壁的隔板，所述穿孔管的进气端的外周围绕有外缘延伸至所述筒体的内壁的第一挡板，所述第一挡板上贯穿设置有位于所述穿孔管两侧的第一内插管和第二内插管，所述筒体的内壁和所述第一内插管以及所述第二内插管之间形成赫姆霍兹共振腔，所述穿孔管的出气端连通于第二扩张腔，所述第二扩张腔设有横断所述筒体的第二挡板，所述第二挡板贯穿设置有第三内插管，所述第三内插管的管径大于所述第一内插管和所述第二内插管的管径。

优选地，所述第三内插管的出气端连通于第三扩张腔，所述第三扩张腔内设有横断所述筒体的第三挡板，所述第三挡板上贯穿设置有第四内插管和第五内插管，且所述第四内插管和所述第五内插管的管径均小于所述第三内插管的管径。

优选地，所述第三挡板和所述元件出气口之间设有排气尾腔，所述排气尾腔内设有芦弗管，所述芦弗管包括穿孔板和锥形穿孔管，所述穿孔板为横断所述筒体且中间开口的环形穿孔板结构，所述锥形穿孔管连接于所述穿孔板的内圈与所述元件出气口之间，所述锥形穿孔管的内径沿气流方向逐渐变大，所述芦弗管内部填充有消音棉，所述锥形穿孔管与所述元件出气口之间形成第四扩张腔。

优选地，所述芦弗管内部的所述消音棉的填充密度大于等于180g/l。

优选地，所述消音棉为超细玻璃棉。

本方案提供的排气消音元件的工作原理如下：

发动机的高速高温废气经过元件进气口进入消音元件的筒体，气流通过进气锥管进入穿孔管，由于元件进气口与穿孔管形成第一扩张腔，两个位置阻抗不同，形成反射声波，声波经过180°反射后消除一部分低频噪声；气流进入穿孔管之后，声波通过穿孔管进入第一内插管、第二内插管以及隔板封闭的腔体内，在筒体和第一内插管以及第二内插管之间形成的赫姆霍兹共振腔，重点进行低频噪声消音，根据需要消除的排气主阶次脉动频段，设计赫姆霍兹共振腔容积、内插管直径及长度，同时，兼顾频率包括主阶次脉动频率及±25hz频率范围，降噪频率反射声波经过穿孔管后进入排气主气流；排气主气流经过穿孔管后进入第二扩张腔，进一步降低低频噪声频段，气流汇聚之后进入更大管径的第三内插管，内插管消音比单纯扩张腔消音的频段和消音能力进一步提升，且消音的低频范围加大。

本实用新型具有以下有益效果：

本方案设计了进气锥管、穿孔管和内插管抗性组合消音元件，两次内插管设计可以有效降低排气中主脉冲噪声频率，此外，设计内插管长度和容积差异化提升消音频带，避免因温度变化和制造误差产生的消音主频带偏移问题；内插管和扩张腔结构使得管道的截面突变引起声阻抗变化，低频声波反射，提高其声学消音性能。

本实用新型还提供了一种包括上述排气消音元件的发动机。该发动机产生的有益效果的推导过程与上述排气消音元件带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

优选地，所述发动机为柴油机。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型具体实施例中的排气消音元件结构示意图；

图2为图1中的a-a向结构示意图。

图1和图2中：

1-元件进气口、2-进气锥管、3-第一内插管、4-隔板、5-第三内插管、6-第四内插管、7-消音棉、8-元件出气口、9-锥形穿孔管、10-穿孔板、11-第五内插管、12-穿孔管、13-第二内插管、14-筒体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1和图2，图1为本实用新型具体实施例中的排气消音元件结构示意图；图2为图1中的a-a向结构示意图。

一种排气消音元件，包括筒体14，筒体14的两端分别设有元件进气口1和元件出气口8，筒体14内部设有与元件进气口1相接的进气锥管2，进气锥管2的口径沿气流方向逐渐缩小，进气锥管2的出气端连接有穿孔管12，元件进气口1与穿孔管12形成第一扩张腔，穿孔管12的出气端外周设有沿径向延伸至筒体14的内壁的隔板4，穿孔管12的进气端的外周围绕有外缘延伸至筒体14的内壁的第一挡板，第一挡板上贯穿设置有位于穿孔管12两侧的第一内插管3和第二内插管13，筒体14的内壁和第一内插管3以及第二内插管13之间形成赫姆霍兹共振腔，穿孔管12的出气端连通于第二扩张腔，第二扩张腔设有横断筒体14的第二挡板，第二挡板贯穿设置有第三内插管5，第三内插管5的管径大于第一内插管3和第二内插管13的管径。

优选地，第三内插管5的出气端连通于第三扩张腔，第三扩张腔内设有横断筒体14的第三挡板，第三挡板上贯穿设置有第四内插管6和第五内插管11，且第四内插管6和第五内插管11的管径均小于第三内插管5的管径。

优选地，第三挡板和元件出气口8之间设有排气尾腔，排气尾腔内设有芦弗管，芦弗管包括穿孔板10和锥形穿孔管9，穿孔板10为横断筒体14且中间开口的环形穿孔板结构，锥形穿孔管9连接于穿孔板10的内圈与元件出气口8之间，锥形穿孔管9的内径沿气流方向逐渐变大，芦弗管内部填充有消音棉7，锥形穿孔管9与元件出气口8之间形成第四扩张腔。

优选地，芦弗管内部的消音棉7的填充密度大于等于180g/l。

优选地，消音棉7为超细玻璃棉。

本方案提供的排气消音元件的工作原理如下：

发动机的高速高温废气经过元件进气口1进入消音元件的筒体14，气流通过进气锥管2进入穿孔管12，由于元件进气口1与穿孔管12形成第一扩张腔，两个位置阻抗不同，形成反射声波，声波经过180°反射后消除一部分低频噪声；气流进入穿孔管12之后，声波通过穿孔管12进入第一内插管3、第二内插管13以及隔板4封闭的腔体内，在筒体14和第一内插管3以及第二内插管13之间形成的赫姆霍兹共振腔，重点进行低频噪声消音，根据需要消除的排气主阶次脉动频段，设计赫姆霍兹共振腔容积、内插管直径及长度，同时，兼顾频率包括主阶次脉动频率及±25hz频率范围，降噪频率反射声波经过穿孔管12后进入排气主气流；排气主气流经过穿孔管12后进入第二扩张腔，进一步降低低频噪声频段，气流汇聚之后进入更大管径的第三内插管5，内插管消音比单纯扩张腔消音的频段和消音能力进一步提升，且消音的低频范围加大。

气流穿过第三内插管5之后进入第三扩张腔，经过两侧小直径的第四内插管6和第五内插管11进入排气尾腔，排气气流分为两部分，分别进入由穿孔板10和锥形穿孔管9组成的芦弗管结构中去，芦弗管内部填充密度超过180g/l的消音棉，声波穿过消音棉产生反射和摩擦，声能转变为热能而耗散掉，仅有少量声能辐射出去，降低经过尾腔的中高频噪声，同时，经过穿孔板10内侧的主气流达到元件出气口8之后形成四次扩张比，将尾口出气产生的气流再生噪声消除，避免高速高温气流噪声产生。

本实用新型具有以下有益效果：

1、二次内插管和四次扩张腔设计抗性消音器能够有效降低主脉冲噪声频率，且调整内插管长度和共振腔容积兼顾低频范围消音；

2、出气口设计成芦弗管+消音棉填充结构，在不增加额外气流噪声基础上，可以降低宽带中高频噪音再生成分，且不增加阻力损失；

3、内插管和扩张腔结构使得管道的截面突变引起声阻抗变化，低频声波反射，提高其声学消音性能。

本实用新型还提供了一种包括上述排气消音元件的发动机。该发动机产生的有益效果的推导过程与上述排气消音元件带来的有益效果的推导过程大体类似，故本文不再赘述。

优选地，所述发动机为柴油机。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。