消音器的制造方法
【专利说明】消音器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2014年6月4日在德国提交的专利申请号102014107907.8的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
发明领域
[0003]本发明涉及用于内燃发动机驱动车辆排气系统的可切换型消音器。
【背景技术】
[0004]不论什么类型的内燃发动机(例如往复式活塞发动机、无活塞旋转式发动机或无活塞发动机)，由于接连执行行程(stroke)(特别是燃料-空气混合物的吸入和压缩、燃烧的燃料-空气混合物的燃烧和排出)都会产生噪音。该噪音以固体传声的形式通过内燃发动机传播，和以空气传声的形式在内燃发动机外部散出。该噪音还以空气传声的形式与燃烧的燃料-空气混合物一起通过与内燃发动机流体连通的排气系统行进。由于这一点，源自内燃发动机的噪音中还增加了流噪声。通过排气系统的噪音称为排气噪声。
[0005]该噪音常被认为是不利的。有关于被制造商观察到的内燃发动机驱动车辆的噪音防护的法律规定。这些法律规定通常规定了车辆运行的最大声压。此外，制造商也试图将特征噪声排放赋予给其生产的内燃发动机驱动车辆，该噪声排放符合各制造商的想象且受消费者的欢迎。当今具有小位移的发动机常不能自然的产生这种预期特征噪声。
[0006]以固体传声的形式通过内燃发动机传播的噪音可被相当好地消音，且因此一般是没有问题的，直到开始关注噪音防护。
[0007]通过位于排气系统排出口前和催化转化器(如果有的话)下游的排气消声器降低了以空气传声的形式与燃烧的燃料-空气混合物一起通过内燃发动机排气系统的噪音。例如，各消音器可按照吸收和/或反射原理工作。其中，使用根据亥姆霍兹(Helmholtz)共振器原理运行的共振吸收器。
[0008]亥姆霍兹共振器由包围空气体积(volume)的主体组成，该主体包括具有将空气体积与周边环境连通的开口的共振器颈部。由于共振器颈部中的开口，空气体积没有完全被主体包围，而是可被认为被分为了空气的第一和第二子体积。该空气第一子体积由共振器颈部的几何结构限定，并从共振器颈部中的开口沿共振器颈部的整个长度延伸。因此空气第一子体积的大小取决于共振器颈部的横截面和长度。该共振器颈部的横截面可沿共振器颈部的长度变化或保持不变。该共振器颈部还可以是直线的或弯曲的。空气第二子体积与空气第一子体积在主体内直接邻接，从而共振器颈部将其与主体开口分开。比空气第一子体积大的空气第二子体积由除共振器颈部外的主体几何结构限定。在空气第一和第二子体积的过渡处，例如，主体壁中可以有开口或主体壁弯曲迹象将改变。主体内空气体积的弹性与共振器颈部中存在的空气的惯性质量结合形成力学质量-弹簧系统。受限于空气体积的形状，质量-弹簧系统具有一个(对于球形)共振频率(固有频率)或一些(对于与球形不同的形状)共振频率(固有频率)。固有频率尤其取决于所包围空气体积的大小、共振器颈部中开口的横截面面积、共振器颈部的长度和依赖于口形状和配置的(例如，圆形的、有角形状的、裂隙状的)口调整因素。
[0009]两种运行方式(吸收和/或反射原理)均缺乏对通过排气系统并随内燃发动机变化速度而变化的噪音的频率谱的任何适应性。因此用常规消音器消音很少能实现最佳噪音。通过排气系统的排气的流阻为两种运行方式都带来一个问题。当设计用于内燃发动机高速时最大排气气流的消音器时，噪音消音常常不够。当设计用于内燃发动机中速时平均排气气流的消音器时，将会导致流阻显著增加，并因此较高发动机速度时内燃发动机的消耗显著增加。
[0010]由欧洲专利EP 1760279B1已知一种消音器，其中可切换消音器管与消音系统声学上联接，从而消音系统被启用，即对于打开的和关闭的管都具有其各自的消音效果，但对于打开的管的消音特性与对于关闭的管的不同。通过该设计，可切换管在其关闭状态也形成有效消音系统的部分，而当打开时该管改变其消音特性，但仍保持启用。
[0011]可由US3613830、US4501341和US5602368已知按照亥姆霍兹共振器原理运行的消音器。由US2112964和DE102008062014A1已知其它消音器。
【发明内容】
[0012]实施例涉及用于内燃发动机驱动车辆排气系统的可切换型消音器，包括具有亥姆霍兹体积和亥姆霍兹管的亥姆霍兹共振器，该亥姆霍兹共振器在至少两种不同的共振频率(固有频率)之间切换。
[0013]用于内燃发动机驱动车辆排气系统的可切换型消音器的实施例包括气密性外壳、设置在外壳内的至少一个分隔墙、至少一个入口管、至少一个出口管(第一种出口管)、至少一种优选可切换的第二出口管(第二种出口管)和至少一种共振器管。该至少一个分隔墙将外壳内部分为第一体积和与第一体积分开的第二体积。该至少一个入口管以及至少一个第一出口管、至少一个第二出口管和至少一个共振器管与第一体积流体连通。该至少一个共振器管也与第二体积流体连通，并因此一起提供了第一和第二体积之间的流体连通。该至少一个第二出口管经过第二体积，且至少和其穿透该至少一个分隔墙的部分设置在共振管内部。在沿至少一个第二出口管的纵向方向的第二出口管穿透至少一个分隔墙的部分中，该至少一个共振器管相应地完全包围圆周方向的至少一种第二出口管。而且，该至少一个第一出口管可选地可穿过第二体积和至少一个分隔壁。因此通过第二出口管和共振管器之间形成的环状间隙至少在一个部分中提供第一和第二体积之间的流体连通。假如存在多个共振器管和第二出口管，在沿至少一个第二出口管的纵向方向的第二出口管穿透至少一个分隔墙的部分中，可通过一个共振器管包围每个第二出口管。
[0014]由此可直接地即无需流过其它组件(具体而言，管)，或间接地即通过流过其它组件(具体而言，管)提供各流体连通。
[0015]术语“气密性外壳”明确地包括由至少一个入口管、至少一个第一出口管和至少一个第二出口管穿过的外壳壁，借此，可在外壳壁中提供适合的开口用于该目的。在这种情况下，至少一个入口管、至少一个第一出口管和至少一个第二出口管密封在对外壳壁气密的开口中。因此外壳的第一体积易通过该至少一个入口管、至少一个第一出口管和第二出口管由外部间接进入，而外壳的第二体积易通过第一体积和共振器管由外部间接进入。因此可通过该至少一个入口管向第一体积供给流体特别是排气，然后该排气通过至少一个第一出口管和第二出口管从第一体积并因而从外壳排出。。除了共振器管之外，由于第二体积被关闭，即使当第一体积充满流体时，第一和第二体积之间也只有很少的气体交换。
[0016]外壳内提供的第二体积的大小恒定，并形成亥姆霍兹体积。提供第一体积和第二体积之间的流体连通的共振器管形成亥姆霍兹管。因此由第二体积和共振器管形成的亥姆霍兹共振器的共振频率(固有频率)尤其取决于形成亥姆霍兹管的共振器管的有效长度。
[0017]通过在共振器管内设置第二出口管的纵向部分，如果以正确的方式设置第二出口管和共振器管，可通过连接和断开第二出口管来改变形成亥姆霍兹管的共振器管的有效体积。共振器管的有效体积由外壳内第一和第二体积之间的立式气柱的尺寸限定。所述立式气柱的尺寸可在响应被连接或断开的第二出口时变化。因此该立式气柱可整个或部分地设置在共振器管内，且还可包括第一和第二体积之间的第二出口管的部分。此处“连接(connecting)”指的是第二出口管是打开的，允许流体特别是排气通过，而“断开(disconnecting) ”指的是第二出口管是关闭的，阻止流体特别是排气通过。这样，由第二体积和共振器管形成的共振器可在至少两种不同共振频率(固有频率)之间切换。连接或断开第二出口管也改变消音器的流阻。
[0018]因此，本发明的结构允许同时通过改变共振频率(固有频率)来改变消音特性以及通过连接和断开第二出口管来改变消音器的流阻。相应地，可根据其消音特性并同时根据其关于内燃发动机两种不同操作条件的流阻来调整消音器。能使经过消音器的排气噪音更好地消音，以及使内燃发动机燃料消耗降低。
[0019]在本文中，可配置入口管用于与内燃发动机流体连通，和可配置第一和第二出口管用于与排气系统的尾管流体连通。或者，可配置入口管用于与排气系统的尾管流体连通(其结果是入口管表现出出口管的功能)，和可配置第一和第二出口管用于与内燃发动机的流体连通(其结果是第一和第二出口管表现出入口管的功能)。
[0020]根据本发明的第一实施例，第二出口管设置在整个共振器管长度的共振器管内，和第二出口管的壁包括在其被共振器管包围的部分中的开口。该部分可完全位于第一体积内，完全位于第二体积内或部分位于第一和部分位于第二体积内。在此，第二出口管可延伸到共振器管外，并进入第一体积。当第二出口管断开(关闭)时，共振器管内壁和第二出口管外壁之间的环状间隙作为整个共振器管长度上的亥姆霍兹管。此外，当第二出口管断开(关闭)时，通过共振器管和第二出口管之间的环状间隙和第