消声器、排气系统、交通工具的制作方法

1.本实用新型涉及声学领域，尤其涉及一种消声器、排气系统以及交通工具。


背景技术：

2.在汽车的排气系统的消声器，例如授权公告号为cn209569049u，名称为“后消声器以及内燃机排气系统”的中国实用新型专利文件中记载的，采用进气管以及出气管周围布置消声孔以及消声纤维进行消声，消声器内设置有多个隔板，以对进气管以及出气管进行支撑。


技术实现要素：

3.本实用新型的一个目的是提供一种消声器。
4.本实用新型的另一个目的是提供一种排气系统。
5.本实用新型的另一个目的是提供一种交通工具。
6.根据本实用新型一个方面的一种消声器，包括进气管，所述进气管具有进气管进气端部、进气管出气端部以及位于两者之间的进气管身，所述进气管出气端部与所述进气管身的截面积相同；出气管，所述出气管具有出气管进气端部、出气管出气端部以及位于两者之间的出气管身，所述进气管身与所述出气管身的截面积相同；壳体，所述壳体内提供有安装空间，用于安装所述进气管以及所述出气管，所述进气管与所述出气管同轴线设置，进气管出气端部的出气口与所述出气管进气端部的进气口在轴向的距离在第一轴向距离范围内，所述进气管与所述出气管之间形成膨胀腔，以进行消声。
7.在所述消声器的一个或多个实施例中，所述出气管进气端部的进气口的截面积大于所述进气管出气端部的出气口的截面积，且所述出气管进气端部的结构为所述进气管出气端部的出气口指向所述出气管身方向为截面积渐缩的喇叭口结构。
8.在所述消声器的一个或多个实施例中，所述出气管进气端部的进气口的截面积与所述进气管出气端部的出气口的截面积相同，所述进气管出气端部或者所述进气管身具沿进气管周向分布的多个消声孔，所述消声孔所占的轴向长度小于第二轴向距离。
9.在所述消声器的一个或多个实施例中，所述消声孔的形状为百叶窗形孔或者槽形孔；所述出气管以及所述进气管均为直管。
10.在所述消声器的一个或多个实施例中，所述壳体包括：第一筒体、第二筒体，所述第一筒体、第二筒体分别位于所述壳体的轴向两端，分别与所述进气管进气端部、所述出气管出气端部固定连接；第三筒体；所述第三筒体的外径大于所述第一筒体、第二筒体的外径；以及第一锥面段、第二锥面段，所述第一锥面段在其轴向一端连接所述第一筒体，其轴向另一端连接所述第三筒体；所述第二锥面段在其轴向一端连接所述第三筒体，其轴向另一端连接所述第二筒体。
11.在所述消声器的一个或多个实施例中，所述第一筒体与第一锥面段、第二筒体与第二锥面段，均通过旋压工艺成形。
12.在所述消声器的一个或多个实施例中，所述进气管与所述壳体在所述进气管的进气端部与所述第一筒体构成第一悬臂支承结构，所述出气管与壳体在所述出气管的出气端部与所述第二筒体构成第二悬臂支承结构。
13.在所述消声器的一个或多个实施例中，所述壳体具有支撑件，所述支撑件的轴向位置为所述第三筒体的轴向长度的中间位置，对所述壳体提供支承。
14.在所述消声器的一个或多个实施例中，所述安装空间内无消声纤维填充于所述进气管以及所述出气管的外围。
15.根据本实用新型另一个方面的一种排气系统，包括如以上任意一项所述的消声器，排气从所述进气管进入所述消声器，从所述出气管排出所述消声器。
16.根据本实用新型另一个方面的一种交通工具，包括发动机以及上述的排气系统，所述发动机运行产生排气，所述排气被所述排气系统的处理。
17.本实用新型的有益效果包括但不限于以下之一或者组合：
18.1.通过在进气管与出气管之间形成膨胀腔进行消声，以及将进气管的出气口与进气管的进气口的轴向距离限制在第一轴向距离范围内，使得进气管的出气端部与进气管身的截面积相同，对排气背压影响较小的基础上，也满足消声要求；
19.2.通过出气管的出气口采用截面积渐缩的喇叭形结构，使得排气的流场稳定，减小了湍流导致啸叫的风险；
20.3.通过出气管与进气管截面积相同的结构，使得包括有消声器的排气系统的结构更为紧凑，以适应交通工具对排气系统的装配空间布置要求，也使得交通工具易于装配以及空间布置紧凑；
21.4.通过第一筒体、第二筒体以及锥面段的设置，提高了壳体对于进气管以及出气管的支撑刚度，使得进气管以及出气管在运行中位置稳定，并且还降低了辐射噪声，使得排气系统满足噪声要求。
附图说明
22.本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，需要注意的是，附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制，其中：
23.图1是根据第一实施例的消声器的结构示意图。
24.图2是根据第二实施例的消声器的结构示意图。
25.图3是根据第三实施例的消声器的结构示意图。
26.图4是第一实施例、第二实施例、第三实施例以及与一对比方案的转速
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噪声曲线对比图。
27.部分附图标记：
28.10-消声器
29.1-进气管
30.11-进气管进气端部
31.12-进气管出气端部
32.121-进气管出气端部的出气口
33.13-进气管身
34.14-消声孔
35.141-槽形孔结构
36.142-百叶窗孔结构
37.2-出气管
38.21-出气管进气端部
39.211-出气管进气端部的进气口
40.210-喇叭口结构
41.22-出气管出气端部
42.23-出气管身
43.3-壳体
44.31-第一筒体
45.32-第二筒体
46.33-第三筒体
47.34-第一锥面
48.35-第二锥面
49.4-膨胀腔
50.5-支撑件
具体实施方式
51.下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本实用新型的保护范围进行限制。
52.以下表述例如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一个或多个实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
53.交通工具，例如汽车，采用发动机，例如柴油机提供动力，发动机工作产生的排气需要通过排气系统进行处理，以达到满足排放法规的要求。以上交通工具指广义的交通工具，除了车、船之外，还包括工程机械，例如装载机。
54.第一实施例
55.参考图1所示的，对于汽车的排气系统的而言，需要通过消声器10对排气系统以及整车的声学性能进行优化。在第一实施例中，消声器10包括进气管1、出气管2以及壳体3。壳体3内部提供有安装空间s，用于安装进气管1 以及出气管2。进气管1以及出气管2同轴线地安装设置。进气管1具有进气管进气端部11、进气管出气端部12以及位于两者之间连接两者的进气管身13，进气管出气端部12与进气管身13的截面积相同，如图1所示的，即进气管从进气管进气端部11、进气管身13至进气管出气端部12均为直管结构。出气管2具有出气管进气端部21、出气管出气端部22以及位于两者之间连接两者的出气管身23，进气管身13与出
气管身23的截面积相同。并且进气管出气端部 12的出气口121与出气管进气端部21的进气口211在轴向的距离d限制在第一距离范围内，使得进气管1与出气管2之间形成膨胀腔4，以进行消声。膨胀腔4的消声原理，为本领域所熟知，此处不再赘述。第一距离范围根据实际消声需求以及排气流量大小而定。第一距离范围的下限主要是防止进气管1、出气管2在振动条件下发生干涉碰撞，第一距离范围的上限主要是避免产生过强的湍流以及明显增大排气背压，第一距离范围的具体数值可以根据实际消声需求以及排气流量大小，通过仿真模拟以及试验的常规手段最终确定。
56.在第一实施例中，对于膨胀腔4的结构，具体的是出气管进气端部21的进气口211的截面积大于进气管出气端部12的出气口121的截面积，且出气管进气端部21的结构为进气管出气端部的出气口121指向出气管身23的方向为截面积渐缩的喇叭口结构210。如此可以使得排气的流动受到喇叭口结构210 的一定引导作用，改善湍流现象，从而降低在发动机高转速工况下由消声器空腔模态引起啸叫(whistling)的风险。
57.第二实施例
58.参考图2所示的，第二实施例与第一实施例的类似结构此处不再一一列举。第二实施例与第一实施例的主要区别在于，第二实施例的出气管进气端部21 的进气口211的截面积与进气管出气端部12的出气口121的截面积相同，例如图2所示的出气管1、进气管2均为直管，两者截面尺寸相同，共轴线设置。形成膨胀腔4的结构具体包括：进气管出气端部12或者进气管身13(图2为进气管出气端部12)具有沿进气管1周向分布的多个消声孔14，消声孔14所占的轴向长度l小于第二轴向距离。若超过第二轴向距离可能会导致异响 (abnormal noise)，第二轴向距离的具体值可以通脱声学仿真或者试验得到。消声孔14具体数量由消声降噪要求等实际条件而定，不以图中所示的数量为限。
59.第三实施例
60.参考图3所示的，第三实施例与第二实施例的结构基本类似，主要区别在于第二实施例的消声孔14为槽形孔结构141，而第三实施例的消声孔14为百叶窗孔结构142。
61.对比第一实施例与第二实施例以及第三实施例，其主要的区别在于膨胀腔4的结构不同。如图2以及图3中箭头所示的，膨胀腔4的结构是通过排气从消声孔14从进气管1直接从管壁向外围排出而形成。如此的缺点在于在某些情况下，由于没有第一实施例的喇叭口结构210对气流的引导，可能会产生湍流，而导致啸叫。但第二实施例以及第三实施例的优点在于，使得消声器的结构进一步紧凑，具体原理在于，喇叭形结构210相比于直管结构，喇叭形结构 210所占用的径向尺寸大，对比图1与图2、图3即可看出，图1所示的第一实施例的壳体3与出气管2的连接结构所占的空间大于图2、图3所示的第二实施例的壳体3与出气管2的连接结构所占的空间。因此相比于第一实施例，第二实施例、第三实施例的方案使得包括有消声器的排气系统的结构更为紧凑，以适应交通工具对排气系统的装配空间布置要求，也使得交通工具易于装配以及空间布置紧凑。
62.继续参考图1至图3，第一实施例、第二实施例、第三实施例的壳体3的结构是类似的，可以包括第一筒体31、第二筒体32、第三筒体33、第一锥面段34以及第二锥面段35。第一筒体31、第二筒体32分别位于壳体3的轴向两端，分别与进气管1的进气端部11、出气管2的出气端部22固定连接。第三筒体33的外径大于第一筒体31、第二筒体32的外径；第一锥面段34在其轴向一端连接第一筒体31，其轴向另一端连接第三筒体33，第二锥面段35在其轴向
一端连接所述第三筒体33，其轴向另一端连接所述第二筒体32。如此设置的有益效果在于，提高了在壳体3的轴向两端分别对于进气管1、出气管 2的支撑刚度，降低辐射噪声。第一筒体31与进气管1的固定连接结构，可以是进气管1的进气端部11与第一筒体31焊接、出气管2的出气端部22与第二筒体32焊接，或者也可以是采用过盈配合工艺连接。
63.在一些实施例中，第一筒体31与第一锥面段34、第二筒体32与第二锥面段35，均通过旋压工艺成形，即第一筒体31与第一锥面段34旋压一体成形，第二筒体32与第二锥面段35旋压一体成形。具体的工艺可以是，先将一平板件卷绕成焊接成第三筒体33的形状，焊接形成稳定可靠的筒体结构；在轴向两端进行旋压工艺，轴向一端得到第一筒体31与第一锥面段34，轴向另一端得到第二筒体32与第二锥面段35。旋压工艺可以通过数控机床，也可以通过手工机床实现，旋压工艺的具体操作为本领域技术人员所熟知，此处不再赘述。采用旋压工艺的有益效果在于，由于旋压工艺本身的特性，在旋压时会使得锥形面的晶粒发生变化从而得到更高强度，进一步增加了对于进气管1、出气管 2的支撑刚度。另外，由于壳体3采用平板件卷绕焊接成形，相比于锁扣工艺，其支撑刚度也有所增加。
64.继续参考图1至图3，在一些实施例中，采用以上实施例的结构，对于进气管1、出气管2具备充足的支撑刚度，因此可以减少在安装空间s内部设置用于支承进气管1、出气管2的隔板的数量，甚至，如图1至图3所示的，进气管1与壳体3在进气管的进气端部11与第一筒体31构成第一悬臂支承结构，出气管2与壳体3在出气管的出气端部22与第二筒体32构成第二悬臂支承结构，安装空间内无需如背景技术引用的cn209569049u设置隔板对进气管1、出气管2进行支承，如此进一步降低了消声器10的物料成本，并且也减少了消声器10的重量，有利于消声器10以及排气系统的轻量化。继续参考图1至图3，在一个或多个实施例中，可以设置支撑件5对第三筒体33提供支承，以提高支承刚度，支撑件5可以是绕第三筒体33的支承环结构，具体可以是如图3所示的在第三筒体33的内壁面环绕，以减少消声器所占用的安装空间。支撑件5的轴向位置为第三筒体33的轴向长度的中间位置，可以理解到，此处所指的中间位置，并未严格意义的中点位置，而是靠近中点位置附近的区域即可。如此的有益效果在于，提高支承刚度，使得消声器的结构稳定，尤其是对于长度较长的第三筒体33，以及振动较强的环境下。
65.如图4所示的，在对应一种车型的排气系统声学性能试验中，第一实施例、第二实施例、第三实施例与对比方案的降噪消声效果基本一致，均能满足要求。对比方案为例如cn209569049u公开的壳体内填充消声纤维以及壳体内设置隔板支撑进气管以及出气管的方案。即上述实施例中通过在进气管与出气管之间形成膨胀腔进行消声，以及将进气管的出气口与进气管的进气口的轴向距离限制在第一轴向距离范围内的技术手段，使得需要设置进气管的出气端部与进气管身的截面积相同，对排气背压影响较小的基础上，仍然可以满足降噪消声的要求。需要解释的是，从图4来看，第一实施例与第二实施例、第三实施例的效果并无明显差异，但从原理上看，第一实施例相比于第二实施例、第三实施例可以降低发生啸叫的风险，因此图4的试验结构并非与前文记载矛盾。相较于对比方案而言，在具备优良的处理降噪消声性能的基础上，可以减少进气管1以及出气管2同壳体3之间的空间内消声纤维的填充量，如此降低了消声器10的物料成本，并且还减少了消声纤维混入排气中的纤维污染物(woolemissions)。甚至，如图1至图3所示的，无需消声纤维填充，即安装空间3 内无消声纤维填充于进气管1、出气管2的外围。如此可以省去消声器10的制造过程中的消
声纤维填充步骤，降低了消声器10的制造成本，并且避免了填充消声纤维工艺过程中错填充导致消声器10不合格的情况，提高了消声器10 的加工合格率。
66.承上可知，采用上述实施例介绍的消声器、排气系统、交通工具的有益效果包括但不限于：
67.1.通过在进气管与出气管之间形成膨胀腔进行消声，以及将进气管的出气口与进气管的进气口的轴向距离限制在第一轴向距离范围内，使得进气管的出气端部与进气管身的截面积相同，对排气背压影响较小的基础上，也满足消声要求；
68.2.通过出气管的出气口采用截面积渐缩的喇叭形结构，使得排气的流场稳定，减小了湍流导致啸叫的风险；
69.3.通过出气管与进气管截面积相同的结构，使得包括有消声器的排气系统的结构更为紧凑，以适应交通工具对排气系统的装配空间布置要求，也使得交通工具易于装配以及空间布置紧凑；
70.4.通过第一筒体、第二筒体以及锥面段的设置，提高了壳体对于进气管以及出气管的支撑刚度，使得进气管以及出气管在运行中位置稳定，并且还降低了辐射噪声，使得排气系统满足噪声要求。
71.本实用新型虽然以上述实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。