一种可调扩张比的复合式消声器
技术领域
本实用新型涉及汽车配件技术领域，具体涉及一种可调扩张比的复合式消声器。
背景技术
近年来，随着人们生活水平的提高，对乘用小汽车的舒适性的要求越来越高，对汽车的NVH 性能日趋重视，汽车消声器逐渐成为了研究热点。目前，广为应用的消声器主要为简单结构的阻性或抗性消声器，气流流经消声器的阻性腔与抗性腔，与阻性材料接触并经过空气的共振消声效应，以实现消声的目的。然而如今，随着路况的日益复杂，具有单一结构的传统消声器难以满足不同工况下的消声需求，而且不同频段的消声量相差很大，使得不同工况下消声效果不理想，影响人们的驾乘感受。
排气消声器的作用是通过逐渐降低排气压力和排气的脉动来消减排气噪声，降低对环境的噪声污染。对于乘用汽车来说，好的消声器不仅应该具有良好的声学性能和空气动力性能（即消声量大、排气背压低），还应该具有体积小、重量轻、结构简单、坚固耐用等特点。
传递损失是消声器重要的评价指标之一，对圆管道来讲m=D^2⁄d^2 ，D和d分别是扩张腔的直径和排气管直径。对于不规则排气流道来说，m=S2⁄S1，传递损失取决于截面积之比。消声器的传递损失中不仅仅有声能的损失，同时还伴随着压力的损失，传递损失与消声量的大小有关，大多数消声器通过这种截面积之比的设置达到消声目的，但这种设计仅仅能针对中、高负荷工况下尾气流量较大时的消声处理，在低速或者怠速情况下，发动机尾气流量较小时，排气时产生的低频噪声无法有效减少。因此，研制能够适应发动机不同工况的可调扩张比的消声器对于汽车的NVH性能具有重大意义。
实用新型内容
（一）解决的技术问题
本实用新型的目的是针对现有的消声器存在的不足，提供一种适用于小型乘用汽车的可调扩张比的消声器，采用安装于尾气进气管出口端的蝶阀调节机构、壳体内部阻抗复合式消声单元、扩张消声和共振消声两种消声方法，进一步地提升消声器的消声性能和空气动力性能。
（二）技术方案
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种可调扩张比的复合式消声器，包括消声器壳体、尾气进气管、排气尾管、隔板、穿孔管以及蝶阀，所述尾气进气管和所述排气尾管沿消声器轴向安装于消声器壳体的两端，所述蝶阀安装于所述尾气进气管出口端，所述蝶阀通过阀板固定，所述阀板设置于所述消声器壳体进气端侧壁固定并分别与所述尾气进气管和调节机构相连接。
所述隔板包括第一隔板、第二隔板、第三隔板、第四隔板，平行设置于所述消声器壳体内部，所述隔板将所述消声器壳体内部分为五个腔室，沿所述尾气进气管至所述排气尾管方向分别为第一腔室、第二腔室、第三腔室、第四腔室、第五腔室；
所述穿孔管包括第一穿孔管、第二穿孔管、第三穿孔管，所述第一穿孔管轴向设置于所述第一隔板和所述第二隔板中心处，且所述第一穿孔管两端分别处于所述第一腔室和所述第三腔室内，所述第二穿孔管和第三穿孔管沿轴向穿透所述第三隔板、和所述第四隔板对称分布，且两端分别处于所述第三腔室和所述第五腔室内；
进一步的，所述调节机构由蝶阀阀座、控制模块以及调节手柄组成，所述蝶阀阀座下端与尾气进气管焊接连接，所述调节手柄与所述蝶阀阀座连接，所述控制模块与所述蝶阀阀座连接。
优选的，所述尾气进气管的截面直径为第一穿孔管的截面直径的长度1.3-1.5倍。
优选的，所述第一穿孔管的内壁中央垂直设有挡板，所述挡板与第一穿孔管内壁焊接连接，处于所述第二腔室内的所述第一穿孔管管壁上均匀设有穿孔，所述挡板将第二腔室内的穿孔区域分为两部分，第二腔室内通孔直径为3-5mm，穿孔率为10%-15%，既能起到共振消声的作用，又能起到扩张消声的作用，通过改变通孔直径和穿孔率在给定范围内的大小，可以在第一腔室和第二腔室内连续改变扩张比，有效降低排气噪声，温度升高时，声波的传播速度变大，在波长一定时声波的频率变高，使得横流穿孔管的传递损失往高频移动，第一腔室和第二腔室的内壁侧附有吸声材料，能够对流出的气体起到更好的消声效果，位于第二腔室穿孔管内的气体有部分被隔板阻隔而再次穿过通孔，使得气体在穿孔管内外相互反射、干涉，进一步提高消声效果。
优选的，所述第二穿孔管和第三穿孔管设置穿孔区，处于所述第四腔室内的所述第二穿孔管和所述第三穿孔管管壁上设有穿孔，且穿孔率小于5%。
优选的，所述第二穿孔管和所述第三穿孔管均为单侧穿孔，所述第二穿孔管仅上半部分穿孔，所述第三穿孔管仅下半部分穿孔。
优选的，所述第一穿孔管处于所述第一腔室的长度为所述第一腔室轴向长度的1/4-1/3之间，所述第一穿孔管处于所述第三腔室的长度为所述第三腔室轴向长度的1/5-1/4之间。
优选的，所述第二穿孔管和所述第三穿孔管沿轴线并齐对称分布，处于所述第三腔室的长度为所述第三腔室长度的1/6-1/5，处于所述第五腔室的长度为所述第五腔室轴向长度的1/10-1/8。
优选的，所述的第二穿孔管和所述第三穿孔管直径和长度均相同，所述第二穿孔管和所述第三穿孔管的直径都比所述第一穿孔管直径小。
（三）与现有技术相比具有以下有益效果
相比于现有技术，本实用新型所涉及的一种可调扩张比的复合式消声器，通过在尾气进气管末端安装蝶阀调节机构，通过控制蝶阀转动的角度，能够达到调节排气通流面积进而改变扩张比的目的，进而能够满足不同车速下扩张比的调整；在车辆低速或者怠速时，调整蝶阀使得排气进气端的通流面积减小，扩大扩张比使得声学传递损失增大，提升消声器对低频的消声能力；在中、高速工况下，排气量较大速度也较快，从而会引起较大的摩擦噪声，尾气进气管直径为第一穿孔管直径1.3-1.5倍的设计能够最大程度上的适应各转速下的排气流量，此时调整蝶阀使得排气进气端的通流面积增大，削减排气噪声的同时降低排气被压；另外，通过多腔室的阻抗复合式消声单元，结合单侧穿孔管的结构布置，在确保消声器本身优良消声性能的同时，其空气动力性能也得到了提升，结构相对简单、体积小，使得本消声器具有很好的实用性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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是本实用新型的轴向剖视图。
图2是本实用新型的内部结构示意图。
图3是本实用新型的外形三维示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
消声器壳体1、尾气进气管2、排气尾管3、隔板4、第一隔板4-1、第二隔板4-2、第三隔板4-3、第四隔板4-4、第一穿孔管5、第二穿孔管6-1、第三穿孔管6-2、蝶阀7、挡板8、阀板9、调节机构10、蝶阀阀座10-1、控制模块10-2、调节手柄10-3。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，一种可调扩张比的复合式消声器，包括消声器壳体1、尾气进气管2、排气尾管3、隔板4、穿孔管以及蝶阀7，尾气进气管2和排气尾管3沿消声器轴向安装于消声器壳体1的两端，蝶阀7安装于尾气进气管2出口端，蝶阀7通过阀板9固定，阀板9设置于消声器壳体1进气端侧壁固定并分别与尾气进气管2和调节机构10相连接。
隔板4包括第一隔板4-1、第二隔板4-2、第三隔板4-3、第四隔板4-4，平行设置于消声器壳体1内部，隔板4将消声器壳体1内部分为五个腔室，沿尾气进气管2至排气尾管3方向分别为第一腔室、第二腔室、第三腔室、第四腔室、第五腔室；其中，第一腔室起到扩张的作用，第一腔室与蝶阀调节机构10可以有效的控制排气气流的通流面积，改变扩展比的同时起到对高速气流的缓冲作用。
穿孔管包括第一穿孔管5、第二穿孔管6-1、第三穿孔管6-2，第一穿孔管5轴向设置于第一隔板4-1和第二隔板4-2中心处，且第一穿孔管5两端分别处于第一腔室和第三腔室内，第二穿孔管6-1和第三穿孔管6-2沿轴向穿透第三隔板4-3、和第四隔板4-4对称分布，且两端分别处于第三腔室和第五腔室内；调节机构10由蝶阀阀座10-1、控制模块10-2以及调节手柄10-3组成，蝶阀阀座10-1下端与尾气进气管2焊接连接，调节手柄10-3与蝶阀阀座10-1连接，控制模块10-2与蝶阀阀座10-1连接。排气气流从尾气进气管2流入，经过蝶阀调节机构10后在第一腔室内扩张，第一腔室内壁填充的吸声材料对高频噪声进行一定程度的吸收，随后气流流入第一穿孔管5，隔板4设计使得高速气流从穿孔区域呈发散状流出，并流入到另一侧的穿孔区域后进入第三腔室进行催化反应，经催化后的尾气经第二穿孔管6-1和第三穿孔管6-2，第二穿孔管6-1和第三穿孔管6-2的单侧穿孔结构与壳体内壁分别形成两个赫姆霍兹共振腔，进一步减弱特定频率范围内的噪声，最后排气流经第五腔室收缩后从排气尾管3排出，多腔室的阻抗复合式结构，能够消减大部分的声能，同时直通式的结构以及单侧穿孔结构使得消声器的空气动力性能得到显著提升。
蝶阀7的调节机构10安装于尾气进气管2的出口端，前后分别连接尾气进气管2和消声器壳体1，阀板9安装于尾气进气管2出口端外壁，用螺丝和螺栓连接起到固定作用，提升蝶阀7工作时的稳定性，蝶阀阀座10-1与阀板9相连接，并紧靠壳体的进气端侧壁固定，以降低气流波动、发动机工作所带来的振动噪声，调节手柄10-3与蝶阀阀座10-1相连接，通过调节阀轴控制蝶阀7转动的角度，其中控制模块10-2为蝶阀控制器，尾气进气管2直径为第一穿孔管5直径1.3-1.5倍的设计可以充分发挥蝶阀7对于调整排气通流面积的能力，当车辆低速或者怠速时，排气流量本身不大，可以通过调节蝶阀7使得进气端的通流面积减小，以获得更大的扩张比，使得声学传递损失增大，提高消声器对低频噪声的消声效果；当车辆在中高速时，排气流量大且速度快，此时调节蝶阀7使得排气的通流面积增大，削减排气噪声的同时降低排气背压，蝶阀7的调节可以使消声器在消声性能和空气动力性能之间获得最佳的平衡，在更大的发动机转速范围内提升汽车的舒适性和动力性。
第一穿孔管5在第一腔室的长度为第一腔室长度的1/4-1/3之间，在第三腔室的长度为第三腔室长度的1/5-1/4之间，其内壁中央设有挡板8，挡板8与第一穿孔管5内壁焊接连接，第一穿孔管5设置穿孔区，穿孔区位于第二腔室内，通孔直径为3-5mm，穿孔率为10%-15%，因此既能起到共振消声的作用，又能起到扩张消声的作用。通过改变通孔直径和穿孔率在给定范围内的大小，可以在第一腔室和第二腔室内连续改变扩张比，扩大消声频率的范围，第一腔室和第二腔室的内壁填充有消声材料，能够对中高频噪声进行有效的消声，隔板4可以让气流呈发散状从通处流出，部分气体被隔板4阻隔而再次穿过通孔，使得气体在穿孔管内外相互反射、干涉，进一步提高消声效果，随后气流从另一侧经通孔流入第三腔室经过催化载体，尾气中残余的有害氮氧化物与催化载体发生反应并还原为无害气体，净化后的气体经分流进入第二穿孔管6-1和第三穿孔管6-2。
第二穿孔管6-1和第三穿孔管6-2在第三腔室的长度为第三腔室长度的1/6-1/5，在第五腔室的长度为第五腔室长度的1/10-1/8，第二穿孔管6-1和第三穿孔管6-2采用单侧穿孔结构，将第四腔室分隔为两个单独的赫姆霍兹共振室，降低了通过流和掠过流造成的复杂流场的影响，同时降低了穿孔管的穿孔区域相距过近所带来压力损失，提升消声器的空气动力学性能，穿孔区位于第四腔室内，优选通孔直径为1-2mm，穿孔率小于5%，最终气流经第五腔室收缩降低流速后，从排气尾管排出。
第二穿孔管6-1和第三穿孔管6-2的安装位置可以根据对消声器性能的具体要求布置，调整位置可以改变两个单独赫姆霍兹共振腔的体积，使消声峰值往指定频率移动，提高消声器的消声效率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
