消音器的制造方法
【專利說明】消音器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2014年6月4日在德國提交的專利申請?zhí)?02014107907.8的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容通過引用并入本文。
發(fā)明領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛排氣系統(tǒng)的可切換型消音器。
【背景技術(shù)】
[0004]不論什么類型的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(例如往復(fù)式活塞發(fā)動機(jī)、無活塞旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機(jī)或無活塞發(fā)動機(jī))，由于接連執(zhí)行行程(stroke)(特別是燃料-空氣混合物的吸入和壓縮、燃燒的燃料-空氣混合物的燃燒和排出)都會產(chǎn)生噪音。該噪音以固體傳聲的形式通過內(nèi)燃發(fā)動機(jī)傳播，和以空氣傳聲的形式在內(nèi)燃發(fā)動機(jī)外部散出。該噪音還以空氣傳聲的形式與燃燒的燃料-空氣混合物一起通過與內(nèi)燃發(fā)動機(jī)流體連通的排氣系統(tǒng)行進(jìn)。由于這一點(diǎn)，源自內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的噪音中還增加了流噪聲。通過排氣系統(tǒng)的噪音稱為排氣噪聲。
[0005]該噪音常被認(rèn)為是不利的。有關(guān)于被制造商觀察到的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛的噪音防護(hù)的法律規(guī)定。這些法律規(guī)定通常規(guī)定了車輛運(yùn)行的最大聲壓。此外，制造商也試圖將特征噪聲排放賦予給其生產(chǎn)的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛，該噪聲排放符合各制造商的想象且受消費(fèi)者的歡迎。當(dāng)今具有小位移的發(fā)動機(jī)常不能自然的產(chǎn)生這種預(yù)期特征噪聲。
[0006]以固體傳聲的形式通過內(nèi)燃發(fā)動機(jī)傳播的噪音可被相當(dāng)好地消音，且因此一般是沒有問題的，直到開始關(guān)注噪音防護(hù)。
[0007]通過位于排氣系統(tǒng)排出口前和催化轉(zhuǎn)化器(如果有的話)下游的排氣消聲器降低了以空氣傳聲的形式與燃燒的燃料-空氣混合物一起通過內(nèi)燃發(fā)動機(jī)排氣系統(tǒng)的噪音。例如，各消音器可按照吸收和/或反射原理工作。其中，使用根據(jù)亥姆霍茲(Helmholtz)共振器原理運(yùn)行的共振吸收器。
[0008]亥姆霍茲共振器由包圍空氣體積(volume)的主體組成，該主體包括具有將空氣體積與周邊環(huán)境連通的開口的共振器頸部。由于共振器頸部中的開口，空氣體積沒有完全被主體包圍，而是可被認(rèn)為被分為了空氣的第一和第二子體積。該空氣第一子體積由共振器頸部的幾何結(jié)構(gòu)限定，并從共振器頸部中的開口沿共振器頸部的整個(gè)長度延伸。因此空氣第一子體積的大小取決于共振器頸部的橫截面和長度。該共振器頸部的橫截面可沿共振器頸部的長度變化或保持不變。該共振器頸部還可以是直線的或彎曲的?？諝獾诙芋w積與空氣第一子體積在主體內(nèi)直接鄰接，從而共振器頸部將其與主體開口分開。比空氣第一子體積大的空氣第二子體積由除共振器頸部外的主體幾何結(jié)構(gòu)限定。在空氣第一和第二子體積的過渡處，例如，主體壁中可以有開口或主體壁彎曲跡象將改變。主體內(nèi)空氣體積的彈性與共振器頸部中存在的空氣的慣性質(zhì)量結(jié)合形成力學(xué)質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)。受限于空氣體積的形狀，質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)具有一個(gè)(對于球形)共振頻率(固有頻率)或一些(對于與球形不同的形狀)共振頻率(固有頻率)。固有頻率尤其取決于所包圍空氣體積的大小、共振器頸部中開口的橫截面面積、共振器頸部的長度和依賴于口形狀和配置的(例如，圓形的、有角形狀的、裂隙狀的)口調(diào)整因素。
[0009]兩種運(yùn)行方式(吸收和/或反射原理)均缺乏對通過排氣系統(tǒng)并隨內(nèi)燃發(fā)動機(jī)變化速度而變化的噪音的頻率譜的任何適應(yīng)性。因此用常規(guī)消音器消音很少能實(shí)現(xiàn)最佳噪音。通過排氣系統(tǒng)的排氣的流阻為兩種運(yùn)行方式都帶來一個(gè)問題。當(dāng)設(shè)計(jì)用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)高速時(shí)最大排氣氣流的消音器時(shí)，噪音消音常常不夠。當(dāng)設(shè)計(jì)用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中速時(shí)平均排氣氣流的消音器時(shí)，將會導(dǎo)致流阻顯著增加，并因此較高發(fā)動機(jī)速度時(shí)內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的消耗顯著增加。
[0010]由歐洲專利EP 1760279B1已知一種消音器，其中可切換消音器管與消音系統(tǒng)聲學(xué)上聯(lián)接，從而消音系統(tǒng)被啟用，即對于打開的和關(guān)閉的管都具有其各自的消音效果，但對于打開的管的消音特性與對于關(guān)閉的管的不同。通過該設(shè)計(jì)，可切換管在其關(guān)閉狀態(tài)也形成有效消音系統(tǒng)的部分，而當(dāng)打開時(shí)該管改變其消音特性，但仍保持啟用。
[0011]可由US3613830、US4501341和US5602368已知按照亥姆霍茲共振器原理運(yùn)行的消音器。由US2112964和DE102008062014A1已知其它消音器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]實(shí)施例涉及用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛排氣系統(tǒng)的可切換型消音器，包括具有亥姆霍茲體積和亥姆霍茲管的亥姆霍茲共振器，該亥姆霍茲共振器在至少兩種不同的共振頻率(固有頻率)之間切換。
[0013]用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛排氣系統(tǒng)的可切換型消音器的實(shí)施例包括氣密性外殼、設(shè)置在外殼內(nèi)的至少一個(gè)分隔墻、至少一個(gè)入口管、至少一個(gè)出口管(第一種出口管)、至少一種優(yōu)選可切換的第二出口管(第二種出口管)和至少一種共振器管。該至少一個(gè)分隔墻將外殼內(nèi)部分為第一體積和與第一體積分開的第二體積。該至少一個(gè)入口管以及至少一個(gè)第一出口管、至少一個(gè)第二出口管和至少一個(gè)共振器管與第一體積流體連通。該至少一個(gè)共振器管也與第二體積流體連通，并因此一起提供了第一和第二體積之間的流體連通。該至少一個(gè)第二出口管經(jīng)過第二體積，且至少和其穿透該至少一個(gè)分隔墻的部分設(shè)置在共振管內(nèi)部。在沿至少一個(gè)第二出口管的縱向方向的第二出口管穿透至少一個(gè)分隔墻的部分中，該至少一個(gè)共振器管相應(yīng)地完全包圍圓周方向的至少一種第二出口管。而且，該至少一個(gè)第一出口管可選地可穿過第二體積和至少一個(gè)分隔壁。因此通過第二出口管和共振管器之間形成的環(huán)狀間隙至少在一個(gè)部分中提供第一和第二體積之間的流體連通。假如存在多個(gè)共振器管和第二出口管，在沿至少一個(gè)第二出口管的縱向方向的第二出口管穿透至少一個(gè)分隔墻的部分中，可通過一個(gè)共振器管包圍每個(gè)第二出口管。
[0014]由此可直接地即無需流過其它組件(具體而言，管)，或間接地即通過流過其它組件(具體而言，管)提供各流體連通。
[0015]術(shù)語“氣密性外殼”明確地包括由至少一個(gè)入口管、至少一個(gè)第一出口管和至少一個(gè)第二出口管穿過的外殼壁，借此，可在外殼壁中提供適合的開口用于該目的。在這種情況下，至少一個(gè)入口管、至少一個(gè)第一出口管和至少一個(gè)第二出口管密封在對外殼壁氣密的開口中。因此外殼的第一體積易通過該至少一個(gè)入口管、至少一個(gè)第一出口管和第二出口管由外部間接進(jìn)入，而外殼的第二體積易通過第一體積和共振器管由外部間接進(jìn)入。因此可通過該至少一個(gè)入口管向第一體積供給流體特別是排氣，然后該排氣通過至少一個(gè)第一出口管和第二出口管從第一體積并因而從外殼排出。。除了共振器管之外，由于第二體積被關(guān)閉，即使當(dāng)?shù)谝惑w積充滿流體時(shí)，第一和第二體積之間也只有很少的氣體交換。
[0016]外殼內(nèi)提供的第二體積的大小恒定，并形成亥姆霍茲體積。提供第一體積和第二體積之間的流體連通的共振器管形成亥姆霍茲管。因此由第二體積和共振器管形成的亥姆霍茲共振器的共振頻率(固有頻率)尤其取決于形成亥姆霍茲管的共振器管的有效長度。
[0017]通過在共振器管內(nèi)設(shè)置第二出口管的縱向部分，如果以正確的方式設(shè)置第二出口管和共振器管，可通過連接和斷開第二出口管來改變形成亥姆霍茲管的共振器管的有效體積。共振器管的有效體積由外殼內(nèi)第一和第二體積之間的立式氣柱的尺寸限定。所述立式氣柱的尺寸可在響應(yīng)被連接或斷開的第二出口時(shí)變化。因此該立式氣柱可整個(gè)或部分地設(shè)置在共振器管內(nèi)，且還可包括第一和第二體積之間的第二出口管的部分。此處“連接(connecting)”指的是第二出口管是打開的，允許流體特別是排氣通過，而“斷開(disconnecting) ”指的是第二出口管是關(guān)閉的，阻止流體特別是排氣通過。這樣，由第二體積和共振器管形成的共振器可在至少兩種不同共振頻率(固有頻率)之間切換。連接或斷開第二出口管也改變消音器的流阻。
[0018]因此，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)允許同時(shí)通過改變共振頻率(固有頻率)來改變消音特性以及通過連接和斷開第二出口管來改變消音器的流阻。相應(yīng)地，可根據(jù)其消音特性并同時(shí)根據(jù)其關(guān)于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)兩種不同操作條件的流阻來調(diào)整消音器。能使經(jīng)過消音器的排氣噪音更好地消音，以及使內(nèi)燃發(fā)動機(jī)燃料消耗降低。
[0019]在本文中，可配置入口管用于與內(nèi)燃發(fā)動機(jī)流體連通，和可配置第一和第二出口管用于與排氣系統(tǒng)的尾管流體連通?；蛘?，可配置入口管用于與排氣系統(tǒng)的尾管流體連通(其結(jié)果是入口管表現(xiàn)出出口管的功能)，和可配置第一和第二出口管用于與內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的流體連通(其結(jié)果是第一和第二出口管表現(xiàn)出入口管的功能)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，第二出口管設(shè)置在整個(gè)共振器管長度的共振器管內(nèi)，和第二出口管的壁包括在其被共振器管包圍的部分中的開口。該部分可完全位于第一體積內(nèi)，完全位于第二體積內(nèi)或部分位于第一和部分位于第二體積內(nèi)。在此，第二出口管可延伸到共振器管外，并進(jìn)入第一體積。當(dāng)?shù)诙隹诠軘嚅_(關(guān)閉)時(shí)，共振器管內(nèi)壁和第二出口管外壁之間的環(huán)狀間隙作為整個(gè)共振器管長度上的亥姆霍茲管。此外，當(dāng)?shù)诙隹诠軘嚅_(關(guān)閉)時(shí)，通過共振器管和第二出口管之間的環(huán)狀間隙和第