[发明专利]谐振消声器

说明书

技术领域

本发明涉及利用亥姆霍兹共振原理和微孔板高频滤波消声功能制成的 一种用于内燃发动机废气排放的消声器结构装置，内置的高速气流谐振腔 (板)是该消声器的基本结构特征和核心装置。

背景技术

通常，内燃式发动机(包括汽油机、柴油机、燃气发动机等，以下简称 发动机)的废气排放消声器(以下简称消声器)，分有阻性、抗性、或阻抗 混合型三种类型，广泛配置在汽车、工程车辆、内燃气动工具等内燃动力装 置上，并成为必备装置。依实际使用需要和可能性，消声器会设计成筒形、 方形、扁形、盒式或回管等外形。国家行业标准按照消声器壳体内设置的分 腔个数，分类为A、B、C、D四种类别，并提示典型结构示意，规定各种类 别的消声器消声量指标：插入损失和功率损失比。以此，设计成不同配置要 求的消声器。然而，由于消声器的实际消声效果，不仅与消声器的有效容积、 类型、结构材料有关，而且还在一定程度上取决于发动机转速、气缸数和冲 程数等，为达到好的消声效果，消声器可能会设计的相对较大，从而带来占 有空间大、成本相对会高的结果。常规消声器的有效容积和发动机排量的比 值一般在10～50倍的范围内，为协调消声效果、消声器体积、和实际配 置许可空间的关连性，在相对小的空间结构尺寸下，获得好的消声效果成为 消声器设计和配置的基本指针之一。

当高速高压不稳定流体从一个管口向常压的空间瞬间排放是流体动能 急剧释放的过程，会造成释放口气体的碰撞和强烈扰动，碰撞和扰动的流体 将一部份流体动能直接转化为不规则的声场能量散发而产生强噪声，同时， 高速高压不稳定气流对管壁的冲击和气流本身随带的噪声也在气体排放的 过程中向空间散发。发动机从排气口随废气排放的噪声包括燃料在气缸内燃 烧的爆炸声、内部机件在运转时产生的摩擦声和碰撞声、气流排出时的破擦 声，及气流对排气管壁、内腔摩擦和冲击激振产生的次级噪声等，噪声频谱 宽，且能量大。

常规的降噪措施是废气从发动机气口排出后，从消声器进口管进入消声 器壳体，而壳体已被分隔出若干腔室用于气流扩张和缓冲，腔室与腔室之间 通过相应的管件勾连，气流在腔室扩张、混响释放单位动能，当气流通过不 同的管件时，激发管件谐振阻断不同频率的高频噪声，而低频噪声则通过腔 室扩张、混响吸收和释放，在配以阻性或抗性壳体达到发动机排气降噪的效 果。这种降噪措施需要一定数量和大小的腔室来达成降噪目标，降噪要求高 时，消声器体积相对的大，因而在受限空间配置常规消声器可能达不到明显 或要求的降噪效果，且降噪成本高。

发明内容

本发明的目的是：在高速发动机上布置消声器，且在总成空间受限的前 提下，提供一种采用小空间结构的高效消声器解决方案。后续页中介绍的一 个使用实施例是采用本发明后，得到消声器的有效容积和发动机排量的比值 是12，发动机为高速单缸二冲程发动机，噪声排放测试(75％负荷)达到 GS认证限值要求，且全负荷运行时也能达到GS认证限值,而满负荷与空负 荷的噪声差值未超过2.5dB(A)。

本发明应用的消声基础原理：一是利用亥姆霍兹共振原理；二是利用微 孔板对高频噪声的滤波效应。将两者结合为一种具体结构的降噪谐振腔，这 种类型的降噪谐振腔是本发明的基本特征和核心结构。

a，利用亥姆霍兹共振原理是：声波在冲击布有一定数量微孔的封闭腔 上的微孔板时，微孔内会产生一个个微小气柱，作用类似气弹簧，起到平滑、 缓冲、分散和吸收冲击力的作用，从而吸收和降低气流的冲击噪声；

b，微孔板对高频噪声的滤波效应是：声音穿过微孔时，微孔会对不同 波长的声波发生针对性的阻隔，不同的微孔孔径对应不同的声波阻隔范围和 阻断能力，且阻断能力随声频增高变强，此时微孔板类同音筛，当不规则声 波频率和波长混成的高频噪声及气流通过微孔板时，一部份频率的噪声波被 阻断或能量弱化，噪声频率段的跨度变窄，高频噪声被过滤掉。由于微孔板 对高频噪声频率带的响应范围宽，滤波效应明显，降噪效果形成。