本發(fā)明屬于機動車排氣系統(tǒng)技術領域，尤其涉及一種寬頻降噪消聲器。

背景技術：

隨著交通運輸?shù)陌l(fā)展，汽車的噪聲污染問題日益突出，已成為當今世界最主要的噪聲污染源。其中，排氣噪聲是汽車噪聲中最主要的噪聲源之一，排氣消聲器性能的好壞直接影響到汽車的聲學品質(zhì)。在汽車消聲器領域，目前主要有三類常用的消聲器，即阻性消聲器、抗性消聲器及阻抗復合式消聲器。

阻性消聲器是一種吸收型消聲器，它是利用聲波在多孔性吸聲材料中傳播時，因摩擦將聲能轉(zhuǎn)化為熱能而耗散掉，從而達到消聲的目的。材料的消聲性能類似于電路中的電阻耗損電功率，從而得名。一般說來，阻性消聲器具有良好的高頻消聲性能，對低頻消聲性能較差。

抗性消聲器與阻性消聲器不同，它不使用吸聲材料，而是依靠管道截面的突變或共振腔等在聲傳播過程中引起阻抗的改變而產(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，達到消聲目的。從能量角度看，阻性消聲器采用的是能量轉(zhuǎn)換的方法來降低消聲器出口處的聲能，而抗性消聲器主要利用聲能轉(zhuǎn)移的方法來降低消聲器出口處的聲能?？剐韵暺鲗χ?、低頻噪聲抑制效果較好，但是高頻消聲性能較差。

阻抗復合式消聲器的結(jié)構合并了前兩種消聲器的特點，既可以通過多孔性吸聲材料將高頻聲能轉(zhuǎn)化為熱能，又可以通過聲能的反射、干涉及共振來抑制中、低頻聲波的傳遞，具有較寬的消聲頻段。此類消聲器在汽車排氣系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。

現(xiàn)有的阻抗復合式消聲器往往通過簡單地調(diào)整擋板、內(nèi)插管和阻性元件的數(shù)量來改進性能，并沒有對腔室的容積、穿孔孔徑及數(shù)目、吸聲材料類型及其物理特性(厚度、材料密度、堆積密度等)等方面進行優(yōu)化，這些消聲器的實際消聲頻帶無法覆蓋所有整車工況(如怠速、高速和爬坡等)下的寬頻噪聲，另外這些消聲器在設計之初往往忽略了氣流的流向和壓力損失。

有鑒于上述的缺陷，本設計人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種寬頻降噪消聲器，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價值。

技術實現(xiàn)要素：

為解決上述技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種寬頻降噪消聲器，具有良好的聲學性能，可以對所有發(fā)動機轉(zhuǎn)速范圍的寬頻噪聲進行有效的抑制。

本發(fā)明提出的一種寬頻消聲器，包括殼體、設置在所述殼體內(nèi)的擋板和腔室，所述擋板包括依次設置的第一擋板、第二擋板和第三擋板，所述腔室包括由所述第一擋板、第二擋板和第三擋板依次隔開的第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室，所述腔室內(nèi)設有貫穿所述殼體的前端面、第一擋板和第二擋板的進氣管、貫穿所述第一擋板、第二擋板、第三擋板、和殼體的后端面的出氣管，所述第一擋板、第二擋板和第三擋板上分別設有第一穿孔區(qū)、第二穿孔區(qū)和第三穿孔區(qū)，所述進氣管位于所述第一腔室和第二腔室的管壁上分別設有第四穿孔區(qū)和第五穿孔區(qū)，所述第四穿孔區(qū)上套設有第一套管，所述出氣管位于所述第二腔室的管壁上設有第六穿孔區(qū)，所述第六穿孔區(qū)上套設有第二套管，所述第一套管、第二套管和第四腔室內(nèi)均設有吸音材料。

進一步的，所述進氣管的排氣端口呈喇叭狀。

進一步的，位于所述第三腔室的所述出氣管設有兩個大于90°的彎折角。

進一步的，所述第一套管的前后端口焊接在所述進氣管的外壁上，所述第二套管的前后端口分別焊接在所述第一擋板和第二擋板上。

進一步的，所述吸音材料的材質(zhì)為超細玻璃纖維棉，材料密度為1000kg/m³～1200kg/m³，材料的堆積密度為100kg/m³～150kg/m³。

進一步的，所述第一穿孔區(qū)、第二穿孔區(qū)和第三穿孔區(qū)的兩端面設置為球面型凹凸交錯狀。

進一步的，所述第一穿孔區(qū)、第二穿孔區(qū)、第三穿孔區(qū)、第四穿孔區(qū)、第五穿孔區(qū)和第六穿孔區(qū)分別設有211、178、125、448、288和288個穿孔，所述穿孔的孔徑為3.5mm。

進一步的，所述殼體的前端面與所述第一擋板之間的最長間距為262±2mm，所述第一擋板與所述第二擋板之間的間距為194±2mm，所述第二擋板與所述第三擋板之間的間距為114±2mm，所述第三擋板與所述殼體的后端面之間的間距為92±2mm。

進一步的，所述進氣管的外徑為50mm，壁厚為1.2mm。

進一步的，所述出氣管的外徑為50mm，壁厚為1.2mm。

借由上述方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：本發(fā)明提出的寬頻降噪的消聲器通過多個腔室、擋板及穿孔區(qū)來引導氣流和聲波的運動和傳播，使聲波的傳播路徑增長，并完成了多個180°的氣流回轉(zhuǎn)，使聲能得到了較大的衰減；位于第一腔室的第四穿孔區(qū)、第一套管及設置在第一套管內(nèi)的吸音材料共同組成了一個阻性消聲器，可以有效地降低中、高頻噪聲；位于第二腔室的第六穿孔區(qū)、第二套管及設置在第二套管內(nèi)的吸音材料共同組成了另外一個阻性消聲器，用于抑制排氣系統(tǒng)特別是消聲器內(nèi)部的氣流再噪聲；第四腔室與第三擋板上的第三穿孔區(qū)共同組成了一個亥姆霍茲共振器，通過調(diào)整第三穿孔區(qū)上的穿孔孔徑和穿孔率以及第四腔體的幾何尺寸可以極大程度地降低特定頻率下的噪聲；為了增加中、高頻消聲性能，在第四腔室內(nèi)設置了特定堆積密度的吸音材料；可以通過合理設置第二腔室內(nèi)的第五穿孔區(qū)的穿孔孔徑和穿孔率，使在保證聲學性能的情況下，讓壓力損失維持在一個合理范圍內(nèi)。

上述說明僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構示意圖；

圖2是圖1中A向的示意圖；

圖3是圖1中B向的示意圖；

圖4是圖1中C向的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

參見圖1至4，本發(fā)明一較佳實施例的本發(fā)明提出的一種寬頻消聲器，包括殼體1、設置在殼體1內(nèi)的擋板和腔室，腔室為異形結(jié)構。擋板包括依次設置的第一擋板2、第二擋板3和第三擋板4，腔室包括由第一擋板2、第二擋板3和第三擋板4依次隔開的第一腔室5、第二腔室6、第三腔室7和第四腔室8。腔室內(nèi)設有貫穿殼體1的前端面、第一擋板2和第二擋板3的進氣管9、貫穿第一擋板2、第二擋板3、第三擋板4、和殼體1的后端面的出氣管10，進氣管9的排氣端口呈喇叭狀，喇叭狀結(jié)構在保證聲學性能的前提下有效地降低了排氣背壓，位于第三腔室7的出氣管10設有兩個大于90°的彎折角，呈現(xiàn)“Z”字狀，這兩個彎折角可以增加聲波的反射，衰減聲能量的傳播，增加消聲效果。

第一擋板2、第二擋板3和第三擋板4上分別設有第一穿孔區(qū)11、第二穿孔區(qū)12和第三穿孔區(qū)13，進氣管9位于第一腔室5和第二腔室6的管壁上分別設有第四穿孔區(qū)14和第五穿孔區(qū)15，第四穿孔區(qū)14上套設有第一套管16，第一套管16的前后端口焊接在進氣管9的外壁上，出氣管10位于第二腔室6的管壁上設有第六穿孔區(qū)17，第六穿孔區(qū)17上套設有第二套管18，第二套管18的前后端口分別焊接在第一擋板2和第二擋板3上。第一套管16、第二套管18和第四腔室8內(nèi)均設有吸音材料19，吸音材料19完全覆蓋第四穿孔區(qū)14、第六穿孔區(qū)17和第四腔室8。吸音材料19的材質(zhì)為超細玻璃纖維棉，材料密度為1000kg/m³～1200kg/m³，材料的堆積密度為100kg/m³～150kg/m³，該吸聲材料可以在低成本的情況下實現(xiàn)高頻吸聲效果的最大化。

第一穿孔區(qū)11、第二穿孔區(qū)12和第三穿孔區(qū)13分別設有211、178、125個穿孔，且第一穿孔區(qū)11、第二穿孔區(qū)12和第三穿孔區(qū)13的兩端面設置為球面型凹凸交錯狀，該型面由沖壓成型而成。第四穿孔區(qū)14按照16行28列叉排布設了448個穿孔，第五穿孔區(qū)15按照16行18列叉排布設了288個穿孔，第六穿孔區(qū)17按照16行18列叉排布設了288個穿孔。上述穿孔的孔徑為3.5mm。

腔室的長度為662±5mm，其中，殼體1的前端面與第一擋板2之間的最長間距為262±2mm，第一擋板2與第二擋板3之間的間距為194±2mm，第二擋板3與第三擋板4之間的間距為114±2mm，第三擋板4與殼體1的后端面之間的間距為92±2mm?？梢酝ㄟ^不同長度的腔體來產(chǎn)生具有不同頻段的消聲特性，特別是起到消除擴張腔的通過頻率的作用。進氣管9的外徑為50mm，壁厚為1.2mm。出氣管10的外徑為50mm，壁厚為1.2mm。

上述寬頻降噪消聲器的工作原理是：廢氣從進氣管9流入，然后沿著進氣管9流過管壁上的第四穿孔區(qū)14，因第一套管16和進氣管9之間填充了吸音材料19，且第一套管16的兩端與進氣管9的外壁焊接在一起，故幾乎所有的廢氣都沿著進氣管9繼續(xù)前進，此時一部分高頻噪聲通過第四穿孔區(qū)14進入吸音材料19中，在聲波反射過程中，高頻噪聲的聲能被轉(zhuǎn)化為熱能。當廢氣流經(jīng)進氣管9的第五穿孔區(qū)15時，中、低頻聲波在穿孔處發(fā)生膨脹而被衰減，一部分聲波會在第二腔室6內(nèi)反復地反射從而得到進一步的衰減，另外一部分聲波通過穿孔返回到進氣管9中。當氣流和聲波運動到進氣管9的喇叭結(jié)構時，聲波因阻抗失衡而被反射，氣流在喇叭結(jié)構的導流作用下平緩地擴散到第三腔室7內(nèi)，由此可見，該喇叭結(jié)構具有較好的聲學性能和空氣動力學性能。第三腔室7內(nèi)，聲波遇到第二擋板3和第三擋板4時會發(fā)生反射，反射情況和擋板的大小及其表面的光滑度直接相關，當凹凸交錯的型面大小等于或者小于聲波波長時，聲波發(fā)生漫反射，漫反射的聲波相互碰撞，經(jīng)過多次反射降低了聲能，從而達到了降低低頻噪音的效果。當聲波進入第四腔室8內(nèi)，吸音材料19將高頻噪聲轉(zhuǎn)化成熱能，第四腔室8與第三穿孔區(qū)13組成的共振器以及第三擋板4上的“漫反射”共同作用于中、低頻噪音，使其得到有效抑制。當氣流和聲波由第二擋板3上的第二穿孔區(qū)12進入第二腔室6時，中、低頻噪音因第二擋板3上穿孔的擴張和“漫反射”得到進一步衰減。同樣的，當氣流和聲波在第一腔室5時，因第一擋板2上穿孔的擴張和“漫反射”效應，中、低頻噪聲再次被衰減。氣流和聲波沿著出氣管10流經(jīng)第六穿孔區(qū)17的時候，第二套管18內(nèi)的吸音材料19將消聲器內(nèi)的氣流再噪聲消除掉，從而降低了出氣管10的排氣端口的高頻噪聲。

綜上所述，本發(fā)明提出的寬頻降噪消聲器具有以下優(yōu)點：(1)通過多個腔室、擋板及穿孔區(qū)來引導氣流和聲波的運動和傳播，使聲波的傳播路徑增長，并完成了多個180°的氣流回轉(zhuǎn)，使聲能得到了較大的衰減；(2)位于第一腔室5的第四穿孔區(qū)14、第一套管16及設置在第一套管16內(nèi)的吸音材料19共同組成了一個阻性消聲器，可以有效地降低中、高頻噪聲；(3)位于第二腔室6的第六穿孔區(qū)17、第二套管18及設置在第二套管18內(nèi)的吸音材料19共同組成了另外一個阻性消聲器，用于抑制排氣系統(tǒng)特別是消聲器內(nèi)部的氣流再噪聲；第二套管18的前后端口分別焊接在第一擋板2和第二擋板3上，這樣可以增加該阻性消聲器的消聲效果，這里將第二套管18的長度延伸至兩端擋板位置，進一步增加聲波與吸音材料19的接觸面積和容積，將第二套管18焊接在兩個擋板上可以增加第二腔室6的剛度，降低聲波與殼體1發(fā)生共振的風險，減小殼體1的輻射噪聲；(4)第四腔室8與第三擋板4上的第三穿孔區(qū)13共同組成了一個亥姆霍茲共振器，通過調(diào)整第三穿孔區(qū)13上的穿孔孔徑和穿孔率以及第四腔室8的幾何尺寸可以極大程度地降低特定頻率下的噪聲；(4)為了增加中、高頻消聲性能，在第四腔室8內(nèi)設置了特定堆積密度的吸音材料19；(5)可以通過合理設置第二腔室6內(nèi)的第五穿孔區(qū)15的穿孔孔徑和穿孔率，使在保證聲學性能的情況下，讓壓力損失維持在一個合理范圍內(nèi)；(6)通過合理地設置各個腔室的長度和進出氣管10的管徑，形成了3個消聲性能不同的擴張腔，用于不同頻段噪聲的抑制；(7)進氣管9在第三腔室7內(nèi)設置了一個“喇叭”型的排氣端口，用于引導來自進氣管9氣流的擴散，降低局部壓力損失，減小了發(fā)動機的功率損失；(8)從工藝和成本來看，該消聲器的各個零部件均屬于常規(guī)型，制造工藝簡單，成本較低，適合批量生產(chǎn)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，并不用于限制本發(fā)明，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。