專利名稱：消聲單元及采用該消聲單元的內(nèi)燃機排氣消聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及噪音控制，尤其是一種消聲單元及采用該消聲單元的內(nèi)燃機排氣消聲
O
背景技術(shù)：
消聲器是消減氣流噪聲的裝置，將其安裝在管道中或進、排氣口上，在氣流通過的同時對噪聲具有一定的消減作用，其性能主要包括三個方面一、消聲性能，包括消聲量的大小和頻譜特性；二、空氣動力性能，通常是用消聲器入口和出口的全壓差來表示；三、結(jié)構(gòu)性能，是指其的外形尺寸、堅固程度、維護要求、使用壽命等。評價消聲器的上述三個方面的性能，既互相聯(lián)系又互相制約，從消聲器的消聲性能考慮，在所需頻率范圍內(nèi)的消聲量越大越好；但是同時必須考慮空氣動力性能的要求。例如，汽車內(nèi)燃機的排氣消聲器，如果阻損過大，會使功率損失增加、增加油耗，甚至影響車輛行駛。在兼顧消聲器聲學性能和空氣動力性能的同時，還必須考慮結(jié)構(gòu)性能的要求，不但要耐用，還應(yīng)避免體積過大、安裝困難等情況。消聲器的種類很多，但究其消聲機理，主要包括如下三種阻性消聲器、抗性消聲器、阻抗復(fù)合式消聲器。其中，阻性消聲器是一種吸收型消聲器，其利用聲波在多孔吸聲材料中傳播時，因摩擦將聲能轉(zhuǎn)化為熱能而消聲；抗性消聲器不使用吸聲材料，其依靠管道截面的突變或旁接共振腔等在聲傳播過程中引起阻抗改變而產(chǎn)生聲能的反射、干涉及共振吸聲來降低消聲器向外輻射的聲能，達到消聲的目的；阻抗復(fù)合式消聲器，是把阻性與抗性兩種消聲原理通過適當結(jié)構(gòu)復(fù)合起來而構(gòu)成的。由于阻性消聲器及阻抗復(fù)合式消聲器均加有吸聲材料，這些吸聲材料易被高溫廢氣熔化、或被炭煙、油泥堵塞而使消聲性能下降，因此， 現(xiàn)有的內(nèi)燃機排氣消聲器，主要采用抗性消聲器。對應(yīng)上述利用管道截面的突然擴張或收縮造成通道內(nèi)聲阻抗突變的抗性消聲器， 稱為擴張室式或膨脹室式，由管和室組成的，使沿管道傳播的某些頻率的聲波通不過消聲器而反射回聲源去。對應(yīng)上述旁接共振腔的抗性消聲器，稱為共振腔式，是由管道壁開孔與外側(cè)密閉空腔相通而構(gòu)成的，管壁上小孔頸中的氣柱類似活塞，具有一定的聲質(zhì)量；密閉空腔類似空氣彈簧，具有一定的聲順；空氣在小孔中振動與孔頸壁面存在著摩擦和阻尼作用，具有一定的聲阻。這樣聲質(zhì)量、聲順和聲阻就在氣流通道構(gòu)成聲振動系統(tǒng)，它們就象電學上電感、電容和電阻構(gòu)成諧振電路一樣?，F(xiàn)有抗性消聲器，均由六種抗性消聲單元組合構(gòu)成，各單元的結(jié)構(gòu)如圖1由上至下、由左至右所示，依次為進口內(nèi)插管、出口內(nèi)插管、直通穿孔管、穿孔板、反向擴張、反向收縮。其中進口內(nèi)插管、出口內(nèi)插管、反向擴張、反向收縮均為擴張室式，進口內(nèi)插管、出口內(nèi)插管用于氣流直線流動，反向擴張、反向收縮用于氣流反向；直通穿孔管根據(jù)其穿孔情況， 可以是擴張室式也可以是共振腔式；穿孔板則主要是為了降低氣流流速、消除高速氣流的噴注噪音；使用時，各單元直接串聯(lián)或通過直管跨越其他單元進行串聯(lián)。
由于共振腔式消聲，當體系固有頻率與聲波頻率發(fā)生共振時，消耗的聲能最多，消聲量最大；當偏離時，迅速下降，消聲頻帶范圍窄，且微孔易堵塞，因此在內(nèi)燃機排氣消聲器中較少采用?，F(xiàn)有的內(nèi)燃機排氣消聲器，通常采用擴張室式單元并配合迷宮式氣流路徑，如圖2所示即一種典型的摩托排氣消聲器。由于擴張室式消聲的消聲量大小由擴張比決定、 消聲頻率特性由擴張部分的長度決定，因此為了獲得大的消聲量、好的頻譜特性，現(xiàn)有內(nèi)燃機排氣消聲器結(jié)構(gòu)性均較差；擴張室式消聲器由于通道截面的擴張和收縮，將會使阻力損失增大，特別是當氣流速度較高時，空氣動力性能會變壞，同時迷宮式氣流路徑同樣會增大氣阻，因此排氣阻力大，空氣動力性能差，內(nèi)燃機排氣背壓高，導(dǎo)致內(nèi)燃機功耗損失、油耗增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種相同消聲量、頻譜特性條件下，結(jié)構(gòu)性能更好的消聲單元；以及相同消聲量、頻譜特性條件下，空氣動力性能和結(jié)構(gòu)性能更好的采用該消聲單元的內(nèi)燃機排氣消聲器。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是消聲單元，包括由殼體包圍構(gòu)成的腔體、固定在殼體上并位于腔體內(nèi)的隔板，設(shè)置有連通隔板軸向兩側(cè)腔體的氣道，所述隔板下游側(cè)的側(cè)面上設(shè)置有螺旋結(jié)構(gòu)；沿腔體軸向投影，所述螺旋結(jié)構(gòu)的投影面位于隔板的投影面內(nèi)；以由外至內(nèi)盤繞的平面螺旋線作為斷面輪廓線，螺旋結(jié)構(gòu)任意斷面的形狀與斷面輪廓線相適應(yīng)，螺旋結(jié)構(gòu)整體形狀與由斷面輪廓線沿軌跡線移動形成的立體形狀相適應(yīng)； 由螺旋結(jié)構(gòu)及其徑向和軸向相鄰結(jié)構(gòu)包圍構(gòu)成斷面形狀與斷面輪廓線形狀相適應(yīng)的螺旋消聲腔，由螺旋結(jié)構(gòu)與徑向相鄰結(jié)構(gòu)之間的間隙構(gòu)成連通螺旋消聲腔和隔板下游側(cè)腔體的螺旋消聲腔開口，且螺旋消聲腔開口位于聲波經(jīng)隔板下游側(cè)相鄰結(jié)構(gòu)反射后的傳播方向上。進一步的，斷面輪廓線為相鄰折邊夾角均為90°的折線狀方螺旋。進一步的，螺旋結(jié)構(gòu)各斷面螺旋大小一致。進一步的，所述螺旋結(jié)構(gòu)沿隔板對應(yīng)氣道的邊緣延伸，且螺旋結(jié)構(gòu)通過對應(yīng)斷面輪廓線最外圈端點的棱邊固定于隔板對應(yīng)氣道的邊緣。進一步的，所述隔板是與殼體固定連接并軸向隔斷腔體的平板。進一步的，所述隔板上設(shè)置有通孔；所述軌跡線呈環(huán)形，所述螺旋結(jié)構(gòu)整體呈環(huán)狀并由螺旋結(jié)構(gòu)與通孔相鄰的壁包圍構(gòu)成螺旋結(jié)構(gòu)的內(nèi)孔，由內(nèi)孔和通孔連通構(gòu)成氣道。進一步的，所述隔板和殼體之間設(shè)置有徑向間隙，并由徑向間隙構(gòu)成氣道；所述螺旋結(jié)構(gòu)整體呈沿隔板對應(yīng)氣道邊緣延伸的管狀。進一步的，所述隔板是沿腔體軸向盤繞的螺旋板，隔板寬度方向與腔體徑向相適應(yīng)，隔板通過其呈圓柱螺旋狀的寬度方向外側(cè)邊緣固定于殼體，氣道由沿腔體軸向隔板相鄰各圈之間的間隙構(gòu)成并呈螺旋狀。進一步的，以與隔板螺旋形狀相適應(yīng)的軸向螺旋線作為軌跡線，所述螺旋結(jié)構(gòu)整體形狀與由斷面輪廓線沿軌跡線移動形成的立體形狀相適應(yīng)。作為一種優(yōu)選，采用上述消聲單元的內(nèi)燃機排氣消聲器，包括由消聲器殼體包圍構(gòu)成腔體、分別位于腔體軸向兩端的消聲器入口和出口，腔體內(nèi)設(shè)置有消聲單元，氣體在腔體內(nèi)沿氣流路徑流動并經(jīng)過各消聲單元，氣流路徑上任意點的上游側(cè)均位于該點的消聲器入口側(cè)、下游側(cè)均位于該點的消聲器出口側(cè)。本發(fā)明的有益效果是現(xiàn)有擴張室式消聲的消聲量大小由擴張比決定、消聲頻率特性由擴張部分的長度決定。而本發(fā)明的消聲單元主要通過螺旋結(jié)構(gòu)的設(shè)置，增大聲波的反射幾率及對聲波的捕獲，通過聲波的分散、吸收、干涉抵消實現(xiàn)聲波的衰減，螺旋結(jié)構(gòu)的捕獲機理有效保證了其消聲的頻譜性能，而消聲量與擴張比無必然聯(lián)系，可顯著減小消聲量對擴張比的依賴，能顯著減小消聲單元的徑向尺寸，進而顯著減小消聲器的徑向尺寸，消聲器結(jié)構(gòu)性能更好，而擴張比的減小還能減小氣流的氣阻，改善空氣動力性能。通過上述消聲單元取代現(xiàn)有的內(nèi)插管消聲單元，能在保證消聲性能的同時提供更好的結(jié)構(gòu)性能；由于上述消聲單元結(jié)構(gòu)緊湊，能在相同消聲器體積下提供更好的消聲聲能，也為氣流路徑的優(yōu)化提供了可能，采用氣流路徑上任意點的上游側(cè)均位于該點的消聲器入口側(cè)、下游側(cè)均位于該點的消聲器出口側(cè)，避免了氣流的迂回流動，避免了迷宮式氣流路徑的采用，改善了空氣動力性能。


圖1是現(xiàn)有抗性消聲器基本結(jié)構(gòu)單元的示意圖；圖2是現(xiàn)有抗性消聲器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實施例一隔板、螺旋結(jié)構(gòu)的軸向結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實施例二隔板、螺旋結(jié)構(gòu)的軸向結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明實施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的消聲單元，包括由殼體31包圍構(gòu)成的腔體5、固定在殼體31上并位于腔體5內(nèi)的隔板1，設(shè)置有連通隔板1軸向兩側(cè)腔體5的氣道11，所述隔板1下游側(cè)的側(cè)面上設(shè)置有螺旋結(jié)構(gòu)2 ；沿腔體5軸向投影，所述螺旋結(jié)構(gòu)2的投影面位于隔板1的投影面內(nèi)； 以由外至內(nèi)盤繞的平面螺旋線作為斷面輪廓線，螺旋結(jié)構(gòu)2任意斷面的形狀與斷面輪廓線相適應(yīng)，螺旋結(jié)構(gòu)2整體形狀與由斷面輪廓線沿軌跡線移動形成的立體形狀相適應(yīng)；由螺旋結(jié)構(gòu)2及其徑向和軸向相鄰結(jié)構(gòu)包圍構(gòu)成斷面形狀與斷面輪廓線形狀相適應(yīng)的螺旋消聲腔21，由螺旋結(jié)構(gòu)2與徑向相鄰結(jié)構(gòu)之間的間隙構(gòu)成連通螺旋消聲腔21和隔板1下游側(cè)腔體5的螺旋消聲腔21開口，且螺旋消聲腔21開口位于聲波經(jīng)隔板1下游側(cè)相鄰結(jié)構(gòu)反射后的傳播方向上。螺旋結(jié)構(gòu)2的徑向和軸向相鄰結(jié)構(gòu)根據(jù)隔板1結(jié)構(gòu)的不同而不同，比如一、隔板 1為設(shè)置有通孔的平板，螺旋結(jié)構(gòu)2整體呈含內(nèi)孔的環(huán)狀，氣道11由內(nèi)孔和通孔構(gòu)成，螺旋消聲腔21由螺旋結(jié)構(gòu)2、隔板1、殼體31包圍構(gòu)成，開口由螺旋結(jié)構(gòu)2和殼體21之間的環(huán)形間隙構(gòu)成；二、隔板1為通過支架固定在殼體31上的平板，螺旋結(jié)構(gòu)2整體呈含內(nèi)孔的環(huán)狀，氣道11由隔板1和殼體31之間徑向的環(huán)形間隙構(gòu)成，螺旋消聲腔21由螺旋結(jié)構(gòu)2、隔板1包圍構(gòu)成，開口由螺旋結(jié)構(gòu)2內(nèi)孔構(gòu)成。隔板1下游側(cè)相鄰結(jié)構(gòu)根據(jù)消聲單元在消聲器內(nèi)的位置、消聲器結(jié)構(gòu)的不同而不同，可以是消聲器3端板35、下游側(cè)相鄰隔板1、下游側(cè)相鄰殼體31等。其中斷面輪廓線、軌跡線根據(jù)三維作圖中通過移動平面圖形并通過平面圖形移動形成立體圖形的原理進行定義，其中的斷面輪廓線是與螺旋結(jié)構(gòu)2斷面的平面圖形近似或一致的平面圖形；軌跡線即形成立體形狀過程中定義斷面輪廓線移動路徑的線。其消聲原理主要是將該消聲單元安裝到消聲器3內(nèi)后，聲波直線傳播，經(jīng)氣道11 由隔板1上游側(cè)傳入下游側(cè)，被隔板1下游側(cè)相鄰結(jié)構(gòu)向后反射，進而在隔板1下游側(cè)相鄰結(jié)構(gòu)之間、隔板1下游側(cè)相鄰結(jié)構(gòu)和螺旋結(jié)構(gòu)2之間被不斷反射，在反射過程中被不斷吸收、分散；螺旋消聲腔21開口位于聲波經(jīng)隔板1下游側(cè)相鄰結(jié)構(gòu)反射后的傳播方向上，因此部分聲波經(jīng)反射后由開口進入螺旋消聲腔21，螺旋消聲腔21任意斷面的形狀與斷面輪廓線相適應(yīng)，聲波在螺旋消聲腔21內(nèi)的反射幾率大，且由于螺旋結(jié)構(gòu)2的自封閉性，聲波進入螺旋消聲腔21后被不斷反射、干涉抵消、吸收，再次傳出的幾率極小，從而實現(xiàn)對聲波的捕獲，捕獲量的大小與消聲單元、消聲器的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)?，F(xiàn)有擴張室式消聲的消聲量大小由擴張比決定、消聲頻率特性由擴張部分的長度決定。而本發(fā)明的消聲單元主要通過螺旋結(jié)構(gòu)2的設(shè)置，增大聲波的反射幾率及對聲波的捕獲，通過聲波的分散、吸收、干涉抵消實現(xiàn)聲波的衰減，螺旋結(jié)構(gòu)2的捕獲機理有效保證了其消聲的頻譜性能，而消聲量與擴張比無必然聯(lián)系，可顯著減小消聲量對擴張比的依賴， 能顯著減小消聲單元的徑向尺寸，進而顯著減小消聲器3的徑向尺寸，消聲器3結(jié)構(gòu)性能更好，而擴張比的減小還能減小氣流的氣阻，改善空氣動力性能。根據(jù)消聲器3使用場合的不同，隔板1和螺旋結(jié)構(gòu)2可以采用不同的材料制成， 比如采用金屬板制成并構(gòu)成抗性消聲器、采用鑲嵌吸聲材料的金屬板或直接采用吸聲材料制成并構(gòu)成阻抗復(fù)合消聲器。當采用火山巖等多孔吸聲材料時，通過螺旋結(jié)構(gòu)2提高聲波的反射幾率，能顯著提高吸聲材料對聲能的吸聲效率；當采用金屬材料時，螺旋結(jié)構(gòu)2可看作一個發(fā)條式彈簧，通過螺旋結(jié)構(gòu)2的彈性伸縮，能顯著增強對聲波的吸收，顯著提高消聲量。進一步的，所述螺旋結(jié)構(gòu)2的斷面輪廓線為相鄰邊夾角均為90°的折線狀方螺旋線，方螺旋相比其他螺旋，設(shè)計計算、制作最方便。方螺旋的折邊數(shù)量根據(jù)消聲器的應(yīng)用場合、消聲單元級數(shù)、消聲器大小、制作工藝進行設(shè)定，采用軋制一體成型時，最好的包括四至六條折邊，其中四條折邊是為了構(gòu)成至少一個完整的圈，而超過六條則會顯著增加制作工藝的復(fù)雜性。螺旋結(jié)構(gòu)2整體形狀與由斷面輪廓線沿軌跡線移動形成的立體形狀相適應(yīng)，沿軌跡線的螺旋結(jié)構(gòu)2各斷面螺旋大小可以是一致的也可以是不一致。當各斷面螺旋大小不一致時，能進一步增加反射聲波的分散幾率，但該方式會進一步復(fù)雜化該消聲單元的設(shè)計和制作。因此，最好的，螺旋結(jié)構(gòu)2各斷面螺旋大小一致。螺旋結(jié)構(gòu)2固定于隔板1的形式，可以通過螺旋結(jié)構(gòu)2對應(yīng)斷面輪廓線最外圈端點的棱邊及棱邊附近的內(nèi)表面、外表面焊接固定在隔板1上、采用同一金屬板材通過軋制一體成型等。其中優(yōu)選軋制一體成型，為了方便軋制，進一步的，所述螺旋結(jié)構(gòu)2沿隔板1對應(yīng)氣道11的邊緣延伸，且螺旋結(jié)構(gòu)2通過對應(yīng)斷面輪廓線最外圈端點的棱邊固定于隔板1 對應(yīng)氣道11的邊緣。此時，隔板1和螺旋結(jié)構(gòu)2通過邊緣部分連為一體，因此能有效保證一體軋制的實施。沿腔體5軸向投影，螺旋結(jié)構(gòu)2的投影面位于隔板1的投影面內(nèi)，因此螺旋結(jié)構(gòu)2通過對應(yīng)斷面輪廓線最外圈端點的棱邊和隔板1對應(yīng)氣道11的邊緣相連，也即軸向投影面內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)2和隔板1的部分邊緣相對應(yīng)，因此能以整個隔板1軸向投影覆蓋區(qū)域作為螺旋結(jié)構(gòu)2的設(shè)置區(qū)域，獲得最大的螺旋結(jié)構(gòu)2設(shè)置空間，方便螺旋結(jié)構(gòu)2及螺旋消聲腔21開口的設(shè)置，保證聲波反射進行螺旋消聲腔21的幾率。螺旋結(jié)構(gòu)2整體可以呈環(huán)狀、軸向螺旋狀、直線管狀、弧線管狀、折線管狀等，在同一隔板1上也可以設(shè)置多個螺旋結(jié)構(gòu)2，此時的軌跡線可以看作陣列的線段或間斷線。氣道 11可以采用通孔、徑向間隙、陣列微孔等。具體形式，根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)、性能要求進行設(shè)置。作為一種優(yōu)選，采用上述消聲單元的內(nèi)燃機排氣消聲器，包括由消聲器3殼體31 包圍構(gòu)成腔體5、分別位于腔體5軸向兩端的消聲器3入口和出口 32，腔體5內(nèi)設(shè)置有消聲單元，氣體在腔體5內(nèi)沿氣流路徑流動并經(jīng)過各消聲單元，氣流路徑上任意點的上游側(cè)均位于該點的消聲器入口側(cè)、下游側(cè)均位于該點的消聲器出口 32側(cè)。通過上述消聲單元取代現(xiàn)有的內(nèi)插管消聲單元，能在保證消聲性能的同時提供更好的結(jié)構(gòu)性能；由于上述消聲單元結(jié)構(gòu)緊湊，能在相同消聲器3體積下提供更好的消聲聲能，也為氣流路徑的優(yōu)化提供了可能，采用氣流路徑上任意點的上游側(cè)均位于該點的消聲器入口側(cè)、下游側(cè)均位于該點的消聲器出口 32側(cè)，避免了氣流的迂回流動，避免了迷宮式氣流路徑的采用，改善了空氣動力性能。為了增強消聲器3的高頻性能，控制進入腔體5的氣流速度，保證消聲器3的消聲性能，所述消聲器3入口包括接口管33、接口管33和殼體31之間的錐形筒34，所述錐形筒 34的筒腔內(nèi)設(shè)置有垂直于腔體5軸向的縱板4，腔體5通過縱板4與錐形筒34筒壁之間的間隙同接口管33連通，該間隙與相鄰氣道11錯開。通過縱板4避免由接口管33進入的氣體直接沖入腔體5，并通過高頻聲波的聲影區(qū)提高高頻的消聲性能。為了保證氣流速度的控制效果，最好的，設(shè)置有至少兩個縱板4，各縱板4間隔設(shè)置，且由接口管33起各縱板4高度遞增。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。實施例一如圖3、圖4所示，一種用于摩托車的內(nèi)燃機排氣消聲器，包括由消聲器3殼體31 包圍構(gòu)成的圓柱形腔體5、消聲器3入口、消聲器3出口 32，沿腔體5軸向在腔體5內(nèi)設(shè)置有五級消聲單元，所述消聲單元包括隔板1、螺旋結(jié)構(gòu)2。隔板1是與腔體3徑向截面一致并垂直于腔體5軸向設(shè)置的圓形平板，隔板1四周與殼體31固定連接并軸向隔斷腔體5，隔板1中心設(shè)置有同軸的通孔。各消聲單元隔板 1的通孔均同消聲器3出口 32同軸，氣流路徑呈直線狀。以由外至內(nèi)盤繞的平面方螺旋線作為斷面輪廓線，斷面輪廓線包括五條邊且相鄰邊夾角均為90°。螺旋結(jié)構(gòu)2整體呈圓環(huán)狀且其任意斷面的形狀與斷面輪廓線均一致，也即螺旋結(jié)構(gòu)2各斷面螺旋大小一致，軌跡線為圓環(huán)。由螺旋結(jié)構(gòu)2對應(yīng)斷面輪廓線最外圈第一條折邊的外側(cè)壁22包圍構(gòu)成與通孔11等徑的內(nèi)孔M，螺旋結(jié)構(gòu)2對應(yīng)斷面輪廓線最內(nèi)圈最后一條折邊的內(nèi)側(cè)壁23位于外側(cè)壁22遠離內(nèi)孔M的一側(cè)。螺旋結(jié)構(gòu)2和隔板1通過同一不銹鋼板材軋制而成，螺旋結(jié)構(gòu)2固定于隔板1對應(yīng)消聲器3出口 32 —側(cè)的側(cè)面上；沿腔體5軸向投影，螺旋結(jié)構(gòu)2的投影面位于隔板1的投影面內(nèi)。由通孔和內(nèi)孔M構(gòu)成連通隔板1兩側(cè)腔體5的氣道11，隔板1和螺旋結(jié)構(gòu)2通過通孔邊緣和內(nèi)孔M邊緣相連，內(nèi)孔M與通孔同軸，氣道11為等截面孔、孔壁為圓柱面。由螺旋結(jié)構(gòu)2、隔板1、殼體31包圍構(gòu)成斷面形狀與斷面輪廓線形狀相適應(yīng)的螺旋消聲腔21， 由螺旋結(jié)構(gòu)2和殼體31之間與氣道11同軸的環(huán)形間隙構(gòu)成螺旋消聲腔21的開口，螺旋消聲腔21經(jīng)開口與隔板1軸向兩側(cè)中出口 32 —側(cè)的腔體5相連通，開口位于聲波經(jīng)隔板1 下游側(cè)相鄰隔板1、殼體31、消聲器端板35反射后的傳播方向上。為了進一步提高空氣動力性能，同時保證消聲器良好的頻譜特性，沿氣流方向氣道11孔徑遞減，也即沿氣流方向，各消聲單元的隔板1通孔、螺旋結(jié)構(gòu)2內(nèi)孔孔徑遞減。所述消聲器3入口包括接口管33、接口管33和殼體31之間的錐形筒34，所述錐形筒34的筒腔內(nèi)設(shè)置有垂直于腔體5軸向并間隔設(shè)置的五個縱板4，由接口管33起各縱板 4高度遞增，腔體5通過各縱板4與錐形筒34筒壁之間的間隙同接口管33連通，且該間隙和相鄰的隔板1通孔錯開。實施例二如圖5、圖6所示，一種用于摩托車的內(nèi)燃機排氣消聲器，包括由消聲器3殼體31 包圍構(gòu)成圓柱形腔體5、消聲器3入口、消聲器3出口 32，沿腔體5軸向在腔體5內(nèi)設(shè)置有五級消聲單元，所述消聲單元包括隔板1、螺旋結(jié)構(gòu)2。隔板1是邊緣由圓弧及圓弧兩端之間的弦構(gòu)成的不完整圓形平板，隔板1垂直于腔體5軸向設(shè)置并軸向隔斷腔體5，隔板1通過其圓弧對應(yīng)邊緣與殼體31固定連接、通過弦對應(yīng)邊緣和殼體31之間的徑向間隙構(gòu)成氣道11，相鄰隔板1對應(yīng)的徑向間歇在軸向投影面內(nèi)徑向?qū)ΨQ，氣流路徑呈波浪形。以由外至內(nèi)盤繞的平面方螺旋線作為斷面輪廓線，斷面輪廓線包括五條邊且相鄰邊夾角均為90°，螺旋結(jié)構(gòu)2整體呈管狀并與由斷面輪廓線沿垂直于斷面輪廓線所在平面的直線狀軌跡線移動構(gòu)成的立體形狀相適應(yīng)。具體的說，螺旋結(jié)構(gòu)2沿隔板1對應(yīng)徑向間隙的邊緣延伸，也即軌跡線是與隔板1弦對應(yīng)邊緣平行的直線。螺旋結(jié)構(gòu)2和隔板1通過同一不銹鋼板材軋制而成，即螺旋結(jié)構(gòu)2通過對應(yīng)斷面輪廓線最外起點的棱邊固定在隔板1對應(yīng)徑向間隙的邊緣上。沿腔體5軸向投影，螺旋結(jié)構(gòu)2的投影面位于隔板1的投影面內(nèi)，螺旋結(jié)構(gòu)2投影小于隔板1投影且兩者形狀相適應(yīng)， 沿軌跡線的螺旋結(jié)構(gòu)2各斷面螺旋大小一致，為了避免螺旋結(jié)構(gòu)2和殼體31的干涉，截去了部分軌跡線兩端對應(yīng)的螺旋結(jié)構(gòu)2，也即截去了螺旋結(jié)構(gòu)2遠離徑向間隙且與殼體31相鄰的兩角。螺旋結(jié)構(gòu)2位于隔板1對應(yīng)消聲器3出口 32 —側(cè)的側(cè)面上，螺旋結(jié)構(gòu)2對應(yīng)斷面輪廓線最外圈第一條折邊的外側(cè)壁22與徑向間隙相鄰、對應(yīng)斷面輪廓線最內(nèi)圈最后一條折邊的內(nèi)側(cè)壁23位于外側(cè)壁22遠離徑向間隙的一側(cè)。由螺旋結(jié)構(gòu)2、隔板1、殼體31包圍構(gòu)成斷面形狀與斷面輪廓線形狀相適應(yīng)的螺旋消聲腔21，由螺旋結(jié)構(gòu)2和殼體31之間的間隙構(gòu)成螺旋消聲腔21的開口，螺旋消聲腔21開口和徑向間隙11沿隔板1徑向?qū)ΨQ，螺旋消聲腔21經(jīng)開口與隔板1軸向兩側(cè)中出口 32 —側(cè)的腔體5相連通，開口位于聲波經(jīng)隔板 1下游側(cè)相鄰隔板1、殼體31、消聲器端板35反射后的傳播方向上。為了進一步提高空氣動力性能，同時保證消聲器3良好的頻譜特性，沿氣流方向各消聲單元對應(yīng)的徑向間隙孔徑遞減。
所述消聲器3入口包括接口管33、接口管33和殼體31之間的錐形筒34，所述錐形筒34的筒腔內(nèi)設(shè)置有垂直于腔體5軸向并間隔設(shè)置的五個縱板4，由接口管33起各縱板 4高度遞增，腔體5通過各縱板4與錐形筒34筒壁之間的間隙同接口管33連通，且該間隙和相鄰的隔板1徑向間隙在軸向投影內(nèi)徑向?qū)ΨQ。實施例三如圖7所示，一種用于摩托車的內(nèi)燃機排氣消聲器，包括由消聲器3殼體31包圍構(gòu)成圓柱形腔體5、消聲器3入口、消聲器3出口 32，腔體5內(nèi)設(shè)置有一個消聲單元，所述消聲單元包括隔板1、螺旋結(jié)構(gòu)2。所述隔板1是沿腔體5軸向盤繞的螺旋板，隔板1寬度方向與腔體5徑向一致并小于腔體5半徑；隔板1通過其呈圓柱螺旋狀的寬度方向外側(cè)邊緣12固定于殼體31 ；由入口至出口 32，隔板1的寬度遞增，隔板1寬度方向的內(nèi)側(cè)邊緣13呈圓錐螺旋狀；由沿腔體5 軸向隔板1相鄰各圈之間的間隙構(gòu)成連通隔板1軸向兩端腔體5的螺旋狀氣道11。以由外至內(nèi)盤繞的平面方螺旋線作為斷面輪廓線，斷面輪廓線包括五條邊且相鄰邊夾角均為90° ；以圓錐螺旋線作為軌跡線，且該圓錐螺旋線與隔板1寬度方向的內(nèi)側(cè)邊緣13對應(yīng)的圓錐螺旋線成比例；螺旋結(jié)構(gòu)2各斷面形狀大小一致，整體形狀與由斷面輪廓線沿軌跡線移動形成的立體形狀一致。螺旋結(jié)構(gòu)2和隔板1通過同一不銹鋼板材軋制而成，螺旋結(jié)構(gòu)2固定于隔板1對應(yīng)消聲器3出口 32 —側(cè)的側(cè)面上，螺旋結(jié)構(gòu)2通過對應(yīng)斷面輪廓線最外圈端點的棱邊固定于隔板1寬度方向的內(nèi)側(cè)邊緣13。沿腔體5軸向投影，螺旋結(jié)構(gòu)2的投影面位于隔板1的投影面內(nèi)，螺旋結(jié)構(gòu)2對應(yīng)斷面輪廓線最外圈第一條折邊的外側(cè)壁22位于隔板1寬度方向內(nèi)側(cè)、對應(yīng)斷面輪廓線最內(nèi)圈最后一條折邊的內(nèi)側(cè)壁23位于隔板1寬度方向兩側(cè)之間。由螺旋結(jié)構(gòu)2、隔板1、殼體31包圍構(gòu)成斷面形狀與斷面輪廓線形狀相適應(yīng)的螺旋消聲腔21， 由螺旋結(jié)構(gòu)2和殼體31之間的間隙構(gòu)成螺旋消聲腔21的開口，開口同樣呈軸向螺旋狀，螺旋消聲腔21經(jīng)開口與隔板1軸向兩側(cè)中出口 32 —側(cè)的腔體5相連通，開口位于聲波經(jīng)隔板1下游側(cè)相鄰圈隔板1、殼體31、消聲器端板35反射后的傳播方向上。所述消聲器3入口包括接口管33、接口管33和殼體31之間的錐形筒34，所述錐形筒34的筒腔內(nèi)設(shè)置有垂直于腔體5軸向并間隔設(shè)置的五個縱板4，由接口管33起各縱板 4高度遞增，腔體5通過各縱板4與錐形筒34筒壁之間的間隙同接口管33連通。上述三個實施例，氣體分別呈直線狀、波浪狀、螺旋狀流動，依據(jù)空氣、聲波傳播方式的不同，在保證氣體通過的同時通過螺旋結(jié)構(gòu)2對聲波進行捕獲，在保證消聲性能的同時提高了空氣動力性能、結(jié)構(gòu)性能。根據(jù)工程實驗，在保證消聲性能的接近的前提下，由于空氣動力性能的提高，油耗均降低15%左右；對比圖2，由于無需采用迷宮式氣體路徑，且抗性消聲單元對擴張比要求小，因此整體結(jié)構(gòu)小，結(jié)構(gòu)性能顯著提高。
權(quán)利要求
1.消聲單元，包括由殼體(31)包圍構(gòu)成的腔體(5)、固定在殼體(31)上并位于腔體 (5)內(nèi)的隔板(1)，設(shè)置有連通隔板⑴軸向兩側(cè)腔體(5)的氣道(11)，其特征在于所述隔板(1)下游側(cè)的側(cè)面上設(shè)置有螺旋結(jié)構(gòu)O)；沿腔體( 軸向投影，所述螺旋結(jié)構(gòu)O)的投影面位于隔板(1)的投影面內(nèi)；以由外至內(nèi)盤繞的平面螺旋線作為斷面輪廓線，螺旋結(jié)構(gòu)(2)任意斷面的形狀與斷面輪廓線相適應(yīng)，螺旋結(jié)構(gòu)(2)整體形狀與由斷面輪廓線沿軌跡線移動形成的立體形狀相適應(yīng)；由螺旋結(jié)構(gòu)(2)及其徑向和軸向相鄰結(jié)構(gòu)包圍構(gòu)成斷面形狀與斷面輪廓線形狀相適應(yīng)的螺旋消聲腔01)，由螺旋結(jié)構(gòu)(2)與徑向相鄰結(jié)構(gòu)之間的間隙構(gòu)成連通螺旋消聲腔 (21)和隔板(1)下游側(cè)腔體(5)的螺旋消聲腔開口，且螺旋消聲腔開口位于聲波經(jīng)隔板(1)下游側(cè)相鄰結(jié)構(gòu)反射后的傳播方向上。
2.如權(quán)利要求1所述的抗性消聲單元，其特征在于斷面輪廓線為相鄰折邊夾角均為 90°的折線狀方螺旋。
3.如權(quán)利要求1所述的抗性消聲單元，其特征在于螺旋結(jié)構(gòu)(2)各斷面螺旋大小一致。
4.如權(quán)利要求1所述的抗性消聲單元，其特征在于所述螺旋結(jié)構(gòu)(2)沿隔板(1)對應(yīng)氣道(11)的邊緣延伸，且螺旋結(jié)構(gòu)(2)通過對應(yīng)斷面輪廓線最外圈端點的棱邊固定于隔板(1)對應(yīng)氣道(11)的邊緣。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的抗性消聲單元，其特征在于所述隔板(1)是與殼體 (31)固定連接并軸向隔斷腔體(5)的平板。
6.如權(quán)利要求5所述的抗性消聲單元，其特征在于所述隔板(1)上設(shè)置有通孔；所述軌跡線呈環(huán)形，所述螺旋結(jié)構(gòu)(2)整體呈環(huán)狀并由螺旋結(jié)構(gòu)(2)與通孔相鄰的壁包圍構(gòu)成螺旋結(jié)構(gòu)⑵的內(nèi)孔04)，由內(nèi)孔04)和通孔連通構(gòu)成氣道(11)。
7.如權(quán)利要求5所述的抗性消聲單元，其特征在于所述隔板(1)和殼體(31)之間設(shè)置有徑向間隙，并由徑向間隙構(gòu)成氣道(11)；所述螺旋結(jié)構(gòu)⑵整體呈沿隔板⑴對應(yīng)氣道(11)邊緣延伸的管狀。
8.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的抗性消聲單元，其特征在于所述隔板(1)是沿腔體 (5)軸向盤繞的螺旋板，隔板⑴寬度方向與腔體(5)徑向相適應(yīng)，隔板⑴通過其呈圓柱螺旋狀的寬度方向外側(cè)邊緣(12)固定于殼體(31)，氣道(11)由沿腔體(5)軸向隔板⑴ 相鄰各圈之間的間隙構(gòu)成并呈螺旋狀。
9.如權(quán)利要求8所述的抗性消聲單元，其特征在于以與隔板(1)螺旋形狀相適應(yīng)的軸向螺旋線作為軌跡線，所述螺旋結(jié)構(gòu)(2)整體形狀與由斷面輪廓線沿軌跡線移動形成的立體形狀相適應(yīng)。
10.采用如權(quán)利要求1、2、3或4所述消聲單元的內(nèi)燃機排氣消聲器，包括由消聲器(3) 殼體(31)包圍構(gòu)成腔體(5)、分別位于腔體(5)軸向兩端的消聲器(3)入口和出口(32)， 腔體( 內(nèi)設(shè)置有消聲單元，氣體在腔體( 內(nèi)沿氣流路徑流動并經(jīng)過各消聲單元，其特征在于氣流路徑上任意點的上游側(cè)均位于該點的消聲器入口側(cè)、下游側(cè)均位于該點的消聲器出口 (32)側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明涉及噪音控制，提供了一種消聲單元，包括腔體、隔板、連通隔板兩側(cè)的氣道，隔板下游側(cè)側(cè)面上設(shè)置有螺旋結(jié)構(gòu)；以平面螺旋線作為斷面輪廓線，螺旋結(jié)構(gòu)任意斷面與斷面輪廓線相適應(yīng)，螺旋結(jié)構(gòu)整體與由斷面輪廓線沿軌跡線移動形成的形狀相適應(yīng)；由螺旋結(jié)構(gòu)及其相鄰結(jié)構(gòu)包圍構(gòu)成螺旋消聲腔及其開口，且開口位于聲波經(jīng)隔板下游側(cè)相鄰結(jié)構(gòu)反射后的傳播方向上。通過螺旋結(jié)構(gòu)增大反射幾率并捕獲聲波，增大聲波衰減，消聲量與擴張比無關(guān)，消聲、結(jié)構(gòu)性能更好。及一種內(nèi)燃機排氣消聲器，通過采用上述消聲單元，保證了良好的消聲和結(jié)構(gòu)性能，同時氣流路徑上任意點的上游側(cè)位于該點的消聲器入口側(cè)、下游側(cè)位于該點的消聲器出口側(cè)，空氣動力性能好。
文檔編號F01N1/12GK102251829SQ20111016665
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者陳爾斌 申請人:陳爾斌