一種用于汽車排氣系統(tǒng)的主動噪聲控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用于汽車排氣系統(tǒng)的主動噪聲控制系統(tǒng)，包括連接在所述汽車的發(fā)動機上的排氣管、連接在所述發(fā)動機和所述排氣管的尾管之間的三元催化器及與所述發(fā)動機和所述尾管均相連的控制系統(tǒng)，所述主動噪聲控制系統(tǒng)還包括連接在所述三元催化器和所述尾管之間的主動消聲器，所述主動消聲器具有振動板，所述控制系統(tǒng)輸出的控制信號傳輸至所述主動消聲器用于控制所述振動板的振動產(chǎn)生反聲來消除中低頻噪聲。本實用新型的主動噪聲控制系統(tǒng)采用主動消聲器內(nèi)振動板的振動產(chǎn)生反聲，不僅解決了傳統(tǒng)主動消聲器中揚聲器的可靠耐久性問題，同時可以進一步減小排氣系統(tǒng)的消聲容積和重量，提高車輛的燃燒效率。
【專利說明】一種用于汽車排氣系統(tǒng)的主動噪聲控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于聲學領(lǐng)域，涉及一種用于汽車排氣系統(tǒng)的主動噪聲控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在車輛行駛過程中，由于內(nèi)燃機連續(xù)發(fā)生的工作循環(huán)（特別是吸入和壓縮燃 料-空氣混合物，點燃/膨脹以及排放燃燒的燃料-空氣混合物）生成了噪聲。這些噪聲 一方面作為固體載聲通過內(nèi)燃機并且作為空氣載聲放射到內(nèi)燃機的外部。另一方面，噪聲 作為空氣載聲與燃燒的燃料-空氣混合物一起通過內(nèi)燃機的排氣系統(tǒng)排出。
[0003] 這些噪聲常常被認為是不利的。作為固體載聲通過內(nèi)燃機的噪聲會以高效率衰減 并且因此通常不構(gòu)成作為噪聲控制的問題。但作為空氣載聲需要在排氣系統(tǒng)入口之前布置 的消聲器來減小。目前，傳統(tǒng)消聲器按其消聲機理，可分為阻性消聲器、抗性消聲器和阻抗 復合消聲器等。阻性消聲器的消聲原理是利用管道內(nèi)的吸聲材料，部分地吸收沿管道傳播 的聲能?？剐韵暺魇抢酶鞣N形狀、尺寸的管道及穿孔管共振吸聲結(jié)構(gòu)等，造成聲波在系 統(tǒng)中阻抗失配，使聲波在管道和共振腔內(nèi)來回反射、耗損，從而達到消聲的目的。阻抗復合 消聲器是將阻性消聲器和抗性消聲器結(jié)合起來，從而實現(xiàn)寬頻消聲的目的。目前這些消聲 器具有這樣的缺點：在需要高衰減效率的情況下，它們需要一個較大的體積并且給燃燒的 燃料-空氣混合物施加相對高的阻力。降低了車輛的燃燒效率并且燃料消耗增加。
[0004] 作為替代的或補充消聲器，所謂的主動噪聲控制系統(tǒng)(如附圖1所示）已經(jīng)發(fā)展了 一段時日，其將電聲學生成的反聲（與將取消的噪聲具有相同振幅但是具有相反相位（反 向）的聲波）疊加到由內(nèi)燃機生成的并且在排氣系統(tǒng)中傳導的空氣載聲。
[0005] 附圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的主動噪聲控制系統(tǒng)的方塊圖，包括揚聲器3、連接在內(nèi)燃機 6上的排氣管4及與揚聲器3的殼體和排氣管4均相連的尾管1，尾管1的一端具有2個連 接口，2個連接口分別與排氣管4的出氣口端和揚聲器3的殼體相連，尾管1的另一端具有 一個口 2以將在排氣管4中傳導的廢氣釋放到外部，在排氣管4和內(nèi)燃機6之間還連接有 催化轉(zhuǎn)化器7。該主動噪聲控制還包括與內(nèi)燃機6電連接的用于控制內(nèi)燃機6工作的發(fā)動 機控制8及反聲控制10,反聲控制10與發(fā)動機控制8單一地形成，并且因此集成到發(fā)動機 控制8中，反聲控制10與揚聲器3相連，在揚聲器3和反聲控制10之間連接有放大器11。 在尾管1內(nèi)設(shè)置有誤差傳聲器5,誤差傳聲器5電連接到反聲控制10,在排氣管4中設(shè)置用 于確定廢氣溫度的溫度探針9,溫度探針9連接到反聲控制10上。
[0006] 通過采用主動噪聲控制系統(tǒng)作為替代的或補充消聲器，排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體積可以 減小到60%，重量可以減少到40%，以及排氣背壓可以減小到150毫巴（mbar)。但由于排 氣系統(tǒng)內(nèi)部高溫及易腐蝕性等問題，揚聲器的可靠耐久性很難得到解決。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于汽車排氣 系統(tǒng)的主動噪聲控制系統(tǒng)。
[0008] 為解決以上技術(shù)問題，本實用新型采用如下技術(shù)方案：
[0009] -種用于汽車排氣系統(tǒng)的主動噪聲控制系統(tǒng)，包括連接在所述汽車的發(fā)動機上的 排氣管、連接在所述發(fā)動機和所述排氣管的尾管之間的三元催化器及與所述發(fā)動機電連接 的控制系統(tǒng)，所述主動噪聲控制系統(tǒng)還包括連接在所述三元催化器和所述尾管之間的主動 消聲器，所述主動消聲器具有振動板，所述控制系統(tǒng)輸出的控制信號傳輸至所述主動消聲 器用于控制所述振動板的振動產(chǎn)生反聲來消除中低頻噪聲，所述中低頻噪聲為頻率在〇? 1000Hz的噪聲。
[0010] 所述主動消聲器包括殼體，所述振動板固定設(shè)置在所述殼體內(nèi)并將所述殼體分隔 成第一腔室和第二腔室，所述主動消聲器還包括設(shè)置在所述振動板上并與所述控制系統(tǒng)相 連的壓電晶片，所述壓電晶片被所述控制系統(tǒng)輸出的控制信號控制產(chǎn)生振動，所述壓電晶 片的振動帶動所述振動板振動產(chǎn)生相應頻率和相位的輻射噪聲來消除所述中低頻噪聲。 [0011] 所述主動消聲器還包括固定設(shè)置在所述殼體兩端的進氣管和出氣管，所述進氣管 的一端位于所述殼體外并與所述排氣管相連，所述進氣管的另一端穿過所述第一腔室直通 所述第二腔室；所述出氣管的一端位于所述殼體外并與所述尾管相連，所述出氣管的另一 端連接在所述殼體上并與所述第二腔室連通。
[0012] 所述主動消聲器還包括固定設(shè)置在所述第二腔室內(nèi)的過濾網(wǎng)，所述過濾網(wǎng)用于過 濾尾排氣體中的顆粒，所述進氣管的另一端穿過所述過濾網(wǎng)。
[0013] 所述振動板上沿所述振動板的圓周方向均勻排布開設(shè)有用于平衡所述第一腔室 和所述第二腔室氣壓的多個透氣孔，所述第一腔室和所述第二腔室只通過所述透氣孔相連 通。
[0014] 所述控制系統(tǒng)包括與所述發(fā)動機電連接的控制單元、與所述控制單元電連接并可 布置在所述主動消聲器后端的誤差傳聲器及連接在所述控制單元和所述主動消聲器之間 的變頻器，所述變頻器分別與所述控制單元和所述壓電晶片電連接，所述變頻器接收所述 控制單元輸出的控制信號，然后用于控制所述壓電晶片的振動而帶動所述振動板振動產(chǎn)生 相應頻率和相位的輻射噪聲來消除所述中低頻噪聲；所述誤差傳聲器用于實時反饋所述主 動消聲器的消聲效果并指導所述控制單元修正所述控制信號。
[0015] 所述控制單元包括集成在一起的控制芯片、處理器和存儲器，所述控制芯片用于 根據(jù)所述誤差傳聲器反饋的反饋信號或通過所述發(fā)動機反饋的所述發(fā)動機工作狀態(tài)信號 控制所述變頻器產(chǎn)生相應頻率和相位的反聲信號；所述處理器用于實時處理所述誤差傳聲 器或所述發(fā)動機反饋的原始信號，并把計算結(jié)果反饋到所述控制芯片；所述存儲器用于儲 存實驗測得的原始發(fā)生特征曲線或者存儲所述處理器計算的實時控制數(shù)據(jù)，所述控制系統(tǒng) 還包括蓄電池，所述蓄電池用于給所述控制單元供電，所述蓄電池還用于為所述變頻器驅(qū) 動所述壓電晶片振動提供動力。
[0016] 所述三元催化器和所述主動消聲器之間還設(shè)置有阻性消聲器，所述阻性消聲器用 于被動消除高頻率噪聲，所述高頻率噪聲為頻率在1000Hz以上的噪聲。
[0017] 由于上述技術(shù)方案的實施，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：
[0018] 本實用新型的主動噪聲控制系統(tǒng)采用振動板的振動產(chǎn)生反聲，不僅解決了現(xiàn)有技 術(shù)中的揚聲器的可靠耐久性問題，同時可以進一步減小排氣系統(tǒng)的消聲容積和重量，提高 車輛的燃燒效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的主動噪聲控制系統(tǒng)的方框圖；
[0020] 圖2為本實用新型的主動噪聲控制系統(tǒng)的方框圖；
[0021] 圖3為本實用新型主動噪聲控制系統(tǒng)的主動消聲器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2~3中數(shù)字所表示的名稱為：
[0023] 1、發(fā)動機；2、三元催化器；3、阻性消聲器；4、排氣管；5、主動消聲器；6、尾管；7、 誤差傳聲器；8、變頻器；9、控制單元；10、控制芯片；11、處理器；12、儲存器；13、蓄電池； 14、進氣管；15、殼體；16、出氣管；17、振動板；18、壓電晶片；19、透氣孔；20、過濾網(wǎng)；21、第 一腔室；22、第二腔室。

【具體實施方式】
[0024] 下面結(jié)合說明書附圖對本實用新型作進一步描述。
[0025] 如圖2~3所示，一種用于汽車排氣系統(tǒng)的主動噪聲控制系統(tǒng)，包括連接在汽車的 發(fā)動機1上的排氣管4、連接在發(fā)動機1和排氣管4的尾管6之間的三元催化器2、與發(fā)動 機1電連接的控制系統(tǒng)、連接在三元催化器2和尾管6之間的主動消聲器5,主動消聲器5 具有振動板17,控制系統(tǒng)輸出的控制信號傳輸至主動消聲器5用于控制振動板17的振動產(chǎn) 生反聲來消除中低頻噪聲，中低頻噪聲為頻率在〇?1000Hz的噪聲。該主動噪聲控制系統(tǒng) 還包括設(shè)置在三元催化器2和主動消聲器5之間的阻性消聲器3,阻性消聲器3用于被動消 除高頻率噪聲高頻率噪聲為頻率在1000Hz以上的噪聲。
[0026] 如圖3所不，主動消聲器5包括殼體15,振動板17固定設(shè)置在殼體15內(nèi)并將殼體 15分隔成第一腔室21和第二腔室22,主動消聲器5還包括設(shè)置在振動板17上并與控制系 統(tǒng)相連的壓電晶片18,壓電晶片18設(shè)置有多個，多個壓電晶片18沿振動板17圓周方向均 勻排布，壓電晶片18被控制系統(tǒng)輸出的控制信號控制產(chǎn)生振動，壓電晶片18的振動帶動振 動板17產(chǎn)生相應頻率和相位的輻射噪聲來消除中低頻噪聲。
[0027] 本實施例中主動消聲器還包括固定設(shè)置殼體兩端的進氣管14和出氣管16,進氣 管14的一端位于殼體15外并與排氣管4相連，進氣管14的另一端穿過第一腔室21直通 第二腔室22 ;出氣管16的一端位于殼體15外并與尾管6相連，出氣管16的另一端連接在 殼體15上并與第二腔室22連通。該主動消聲器5還包括固定設(shè)置在第二腔室22內(nèi)的過 濾網(wǎng)20,過濾網(wǎng)20用于過濾尾排氣體中的顆粒以防止顆粒腐蝕壓電晶片18和振動板17， 進氣管14的另一端穿過過濾網(wǎng)20。
[0028] 為了平衡第一腔室21和第二腔室22的氣壓，在振動板17上沿振動板17的圓周 方向均勻排布開設(shè)多個透氣孔19,第一腔室21和第二腔室22只通過透氣孔19相連通。
[0029] 本實施例中的控制系統(tǒng)包括與發(fā)動機1電連接的控制單元9、與控制單元9電連接 并可布置在主動消聲器5后端的誤差傳聲器7及連接在控制單元9和主動消聲器5之間的 變頻器8,變頻器8分別與控制單元9和壓電晶片18電連接，變頻器8接收控制單元9輸出 的控制信號，然后用于控制壓電晶片18的振動而帶動振動板17振動產(chǎn)生相應頻率和相位 的輻射噪聲來消除中低頻噪聲；誤差傳聲器7用于實時反饋主動消聲器5的消聲效果并指 導控制單元9修正控制信號。
[0030] 其中，控制單元9中存儲有特征曲線，特征曲線的數(shù)據(jù)根據(jù)發(fā)動機1的工作狀態(tài)的 參數(shù)變量進行實車測試進行確定；控制單元9將從誤差傳聲器7接收的信號與閥值比較從 而確定選擇的特征曲線是否適合于在排氣系統(tǒng)內(nèi)傳導的廢氣的各個溫度，當超出閥值時改 變特征曲線或根據(jù)實時計算結(jié)果對控制信號進行修正。
[0031] 本實施例中的控制單元包括集成在一起的控制芯片10、處理器11和儲存器12,控 制芯片10用于根據(jù)誤差傳聲器7反饋的反饋信號或通過發(fā)動機1反饋的發(fā)動機1工作狀 態(tài)信號控制變頻器8產(chǎn)生相應頻率和相位的反聲信號；處理器11用于實時處理誤差傳聲器 7或發(fā)動機1反饋的原始信號，并把計算結(jié)果反饋到控制芯片10 ;存儲器12用于儲存實驗 測得的原始發(fā)生特征曲線或者存儲處理器11計算的實時控制數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)還包括蓄電 池13,蓄電池13用于給控制單元9供電，蓄電池13還用于為變頻器8驅(qū)動壓電晶片18振 動提供動力。
[0032] 本實施例的控制單元9檢測的發(fā)動機1的溫度信息可間接表征主動消聲器5附近 的溫度狀態(tài)，這樣就可以不用單獨再安裝溫度傳感器進行測試，該溫度信息包括從發(fā)動機1 接收到的冷卻水溫度、油溫度或λ探針的輸出信號中的至少一個。
[0033] 以上對本實用新型做了詳盡的描述，其目的在于讓熟悉此領(lǐng)域技術(shù)的人士能夠了 解本實用新型的內(nèi)容并加以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍，凡根據(jù)本實用 新型的精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于汽車排氣系統(tǒng)的主動噪聲控制系統(tǒng)，包括連接在所述汽車的發(fā)動機上的排 氣管、連接在所述發(fā)動機和所述排氣管的尾管之間的三元催化器及與所述發(fā)動機電連接的 控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主動噪聲控制系統(tǒng)還包括連接在所述三元催化器和所述尾管 之間的主動消聲器，所述主動消聲器具有振動板，所述控制系統(tǒng)輸出的控制信號傳輸至所 述主動消聲器用于控制所述振動板的振動產(chǎn)生反聲來消除中低頻噪聲，所述中低頻噪聲為 頻率在0?1000Hz的噪聲。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主動消聲器包括殼體， 所述振動板固定設(shè)置在所述殼體內(nèi)并將所述殼體分隔成第一腔室和第二腔室，所述主動消 聲器還包括設(shè)置在所述振動板上并與所述控制系統(tǒng)相連的壓電晶片，所述壓電晶片被所述 控制系統(tǒng)輸出的控制信號控制產(chǎn)生振動，所述壓電晶片的振動帶動所述振動板振動產(chǎn)生相 應頻率和相位的輻射噪聲來消除所述中低頻噪聲。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的主動噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主動消聲器還包括固 定設(shè)置在所述殼體兩端的進氣管和出氣管，所述進氣管的一端位于所述殼體外并與所述排 氣管相連，所述進氣管的另一端穿過所述第一腔室直通所述第二腔室；所述出氣管的一端 位于所述殼體外并與所述尾管相連，所述出氣管的另一端連接在所述殼體上并與所述第二 腔室連通。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的主動噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于，所述主動消聲器還包括固 定設(shè)置在所述第二腔室內(nèi)的過濾網(wǎng)，所述過濾網(wǎng)用于過濾尾排氣體中的顆粒，所述進氣管 的另一端穿過所述過濾網(wǎng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的主動噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于，所述振動板上沿所述振動 板的圓周方向均勻排布開設(shè)有用于平衡所述第一腔室和所述第二腔室氣壓的多個透氣孔， 所述第一腔室和所述第二腔室只通過所述透氣孔相連通。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的主動噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括與所述 發(fā)動機電連接的控制單元、與所述控制單元電連接并可布置在所述主動消聲器后端的誤差 傳聲器及連接在所述控制單元和所述主動消聲器之間的變頻器，所述變頻器分別與所述控 制單元和所述壓電晶片電連接，所述變頻器接收所述控制單元輸出的控制信號，然后用于 控制所述壓電晶片的振動而帶動所述振動板振動產(chǎn)生相應頻率和相位的輻射噪聲來消除 所述中低頻噪聲；所述誤差傳聲器用于實時反饋所述主動消聲器的消聲效果并指導所述控 制單元修正所述控制信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的主動噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元包括集成在 一起的控制芯片、處理器和存儲器，所述控制芯片用于根據(jù)所述誤差傳聲器反饋的反饋信 號或通過所述發(fā)動機反饋的所述發(fā)動機工作狀態(tài)信號控制所述變頻器產(chǎn)生相應頻率和相 位的反聲信號；所述處理器用于實時處理所述誤差傳聲器或所述發(fā)動機反饋的原始信號， 并把計算結(jié)果反饋到所述控制芯片；所述存儲器用于儲存實驗測得的原始發(fā)生特征曲線或 者存儲所述處理器計算的實時控制數(shù)據(jù)，所述控制系統(tǒng)還包括蓄電池，所述蓄電池用于給 所述控制單元供電，所述蓄電池還用于為所述變頻器驅(qū)動所述壓電晶片振動提供動力。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的主動噪聲控制系統(tǒng)，其特征在于，所述三元催化器和所述主 動消聲器之間還設(shè)置有阻性消聲器，所述阻性消聲器用于被動消除高頻率噪聲，所述高頻 率噪聲為頻率在1000Hz以上的噪聲。
【文檔編號】F01N9/00GK203867673SQ201420287385
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】柳仲達, 鄭四發(fā) 申請人:清華大學蘇州汽車研究院（相城）