消声装置、发动机及车辆的制作方法

1.本发明涉及降噪设备技术领域，尤其涉及一种消声装置、发动机及车辆。


背景技术：

2.目前，环境噪音问题逐年受到重视，法律法规对环境噪声的要求日趋严格。环境噪声是指在工业生产、建筑施工、交通运输和社会生活中所产生的干扰周围生活的声音。其中，交通运输所产生的噪声是最常见、最主要的城市环境噪声的噪声源。交通运输中的噪声主要来源于车辆发动机的排气，采用消声装置是控制排气噪声普遍采用的最有效的降噪手段。
3.现有技术中，为了满足更好的消声效果，对消声装置的结构进行了改进。比如在抗性消声装置的结构内加入微穿孔，或是在消声装置内设置消音材料。虽然这种消声装置可通用于多种领域，但对于车辆发动机这种噪声频率随运行状态改变的情况，这种消声装置并不能起到满意的消声效果。


技术实现要素：

4.本发明提供一种消声装置、发动机及车辆，用以解决现有技术中消声装置对于非恒定噪声的消除效果差的缺陷，本发明通过控制端盖在壳体内移动，可实现有针对性的噪声消除。
5.第一方面，本发明提供一种消声装置，包括：壳体、进气管、出气管、端盖和移动机构；
6.所述壳体为一侧敞口结构；
7.所述端盖设置于所述壳体的敞口侧，并与所述壳体内壁包围形成扩张腔；
8.所述进气管设置于所述壳体远离所述端盖的侧壁，并与所述扩张腔连通；
9.所述出气管设置于所述端盖，并与所述扩张腔连通；
10.所述移动机构与所述端盖连接，用于调节所述扩张腔的容积。
11.根据本发明提供的消声装置，所述端盖的周侧环绕设有密封圈。
12.根据本发明提供的消声装置，所述密封圈选用y型密封圈。
13.根据本发明提供的消声装置，所述进气管的轴心与所述出气管的轴心相离。
14.根据本发明提供的消声装置，所述进气管贯穿所述侧壁的中心设置，并与所述扩张腔连通。
15.根据本发明提供的消声装置，所述移动机构包括：推拉杆和液压装置；
16.所述推拉杆的一端连接所述端盖的中心，所述推拉杆的另一端连接所述液压装置。
17.根据本发明提供的消声装置，所述液压装置包括：液压缸、液压油箱和换向阀；
18.所述推拉杆设置于所述液压缸的有杆腔内；
19.所述液压缸的有杆腔和所述液压缸的无杆腔分别与所述液压油箱连通；
20.在所述液压油箱与所述液压缸连通的管线上设有所述换向阀，用于改变所述推拉杆的移动方向。
21.根据本发明提供的消声装置，所述端盖的尺寸小于所述壳体的敞口侧的尺寸，用于使所述端盖从所述壳体的敞口侧进出。
22.第二方面，本发明还提供一种发动机，包括如上所述的消声装置。
23.第三方面，本发明还提供一种车辆，包括如上所述的消声装置或如上所述的发动机。
24.本发明提供的一种消声装置，通过在壳体的两侧分别设置进气管和出气管，噪音在进入进气管后，只有在进气管固有频率附近的噪音可以进入壳体，再在壳体固有频率附近的噪音可以进入出气管，最后在出气管固有频率附近的噪音才能离开出气管，以实现消声降噪。并且，本发明通过控制端盖在壳体内移动，改变壳体固有频率，可有针对性的减弱高强度的噪音，进一步减小噪音。
25.进一步地，本发明提供的发动机中，由于设有如上所述的消声装置，因此同样具备如上所述的效果。
26.进一步地，本发明提供的车辆中，由于装有如上所述的发动机或设有如上所述的消声装置，因此同样具备如上所述的效果。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
28.图1是本发明提供的消声装置的示意图；
29.图2是本发明提供的消声装置的移动机构的示意图；
30.图3是本发明提供的消声装置的控制方法的流程示意图。
31.附图标记：
32.10：壳体；102：扩张腔；104：侧壁；12：进气管；14：出气管；16：端盖；162：密封圈；18：移动机构；182：推拉杆；184：液压缸；186：液压油箱；188：换向阀。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
35.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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发明实施例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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
37.下面结合图1至图3对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
38.随着国家政策的改变，全国各地大型工程项目相继展开。工程项目对大型机械的需求越来越多，随之而来的是工程机械行业的大力发展。工程机械在增大功率的同时，对环境产生的噪声影响越来越大。发动机排气噪声占工程机械噪声的主要部分，使用消声装置是降低发动机排气噪声的最有效途径。对于工程机械，应用最多的消声装置是抗性消声装置，因为抗性消声装置不会因发动机排出的烟尘、油渍堵塞，便于维护。
39.第一方面，如图1所示，本发明提供一种消声装置，包括：壳体10、进气管12、出气管14、端盖16和移动机构18。壳体10为一侧敞口结构，端盖16设置于壳体10的敞口侧，并与壳体10内壁包围形成扩张腔102。进气管12设置于壳体10远离端盖16的侧壁104，并与扩张腔102连通。出气管14设置于端盖16，并与扩张腔102连通。移动机构18与端盖16连接，用于调节端盖16的相对位置。
40.实际使用时，将消声装置与发动机连通，发动机排出的尾气依次流经进气管12、扩张腔102和出气管14进行降噪消声。具体来说，尾气从进气管12经过时，一部分噪音会在进气管12中消除掉，未被消除掉的另一部分噪音进入扩张腔102中，大部分噪音会在扩张腔102中被消除，残留的噪音则会在出气管14中被部分消除，使用户接收到的噪音极小。如果在尾气经过消声装置后，用户仍能接收到较大的噪音，可通过移动机构18移动端盖16，改变扩张腔102的容积，对排气噪音进行有针对性的降噪。
41.消声装置是指对于同时具有噪声传播的气流管道，可以用附有吸声衬里的管道及弯头或利用截面积突然改变及其他声阻抗不连续的管道等降噪器件，使管道内噪声得到衰减或反射回去。前者称为阻性消声装置，后者称为抗性消声装置，也有阻抗复合式的消声装置。
42.本发明中的消声装置相当于抗性消声装置。主要适于降低低频及中低频段的噪声。抗性消声装置的最大优点是不需使用多孔吸声材料，因此在耐高温、抗潮湿、对流速较大、洁净要求较高的条件均比阻性消声装置好。抗性消声装置是由突变界面的管和室组合而成的，好像是一个声学滤波器，与电学滤波器相似，每一个带管的小室是滤波器的一个网孔，管中的空气质量相当于电学上的电感和电阻，称为声质量和声阻。小室中的空气体积相
当于电学上的电容，称为声顺。与电学滤波器类似，每一个带管的小室都有自己的固有频率。当包含有各种频率成分的声波进入第一个短管时，只有在第一个网孔固有频率附近的某些频率的声波才能通过网孔到达第二个短管口，而另外一些频率的声波则不可能通过网孔.只能在小室中来回反射。选取适当的管和室进行组合.就可以滤掉某些频率成分的噪声，从而达到消声的目的。抗性消声装置适用于消除中、低频噪声。
43.在如上所述的实施例中，在端盖16的周侧环绕设有密封圈162，密封圈162位于端盖16和扩张腔102之间，用于密封扩张腔102，使发动机排气只能从出气管14排出，而不会从端盖16和扩张腔102之间的缝隙泄漏。可选地，密封圈162选用y型密封圈162或o型密封圈162，本发明对密封圈162的种类不作任何特殊的限定。进一步地，在端盖16上环绕开设凹槽，密封圈162设置在该凹槽内，用以固定密封圈162对于端盖16的相对位置，避免端盖16移动过程中，密封圈162脱落移位。更进一步地，可将密封圈162通过胶粘接在凹槽内。
44.在本发明提供的一个可选的实施例中，进气管12的轴心与出气管14的轴心相离。可选地，进气管12贯穿侧壁104的中心设置，并与扩张腔102连通。为了保证尾气中的噪音能得到充分的消除，将进气管12与出气管14之间设有一定的位置差，也就是说使结构呈现不连续的状态，噪音在不连续的结构处被反射回去，从而降低声音，降噪后尾气再从出气管14排出。
45.在本发明提供的一个可选的实施例中，端盖16的尺寸小于壳体10的敞口侧的尺寸，用于使端盖16从壳体10的敞口侧进出。消声装置长时间使用后，尾气内的污渍附着在进气管12、扩张腔102和出气管14内，既增大了气流阻力，又增大了端盖16的移动阻力。这就需要将消声装置的内部进行清洁，使消声装置能高效稳定的消声降噪。通过控制移动机构18，可将端盖16从壳体10内拉出，用户可从壳体10的敞口侧伸入清洁用具，对壳体10和进气管12的内表面进行清洁，并对端盖16远离移动机构18的表面和出气管14的内表面进行清洁。清洁结束后，再通过移动机构18将端盖16从敞口侧伸入壳体10内，形成扩张腔102，进行正常降噪。
46.可选地，移动机构18包括：推拉杆182和液压装置。推拉杆182的一端连接端盖16的中心，推拉杆182的另一端连接液压装置。具体来说，液压装置包括：液压缸184、液压油箱186和换向阀188。液压缸184内设有两个腔体，其中一个腔体内设有推拉杆182，该腔体为液压缸184的有杆腔；另一个腔体为液压缸184的无杆腔。液压缸184的有杆腔和液压缸184的无杆腔分别与换向阀188连接，并通过换向阀188与液压油箱186连接。通过换向阀188改变液压油在液压缸184内的流动方向，从而控制推拉杆182的移动。
47.同样可选地，移动机构18包括：电机、齿轮和齿条。电机与齿轮同轴连接，齿条的端部与端盖16连接，齿条与齿轮啮合。电机转动带动齿轮转动，齿轮带动齿条移动，齿条带动端盖16移动。用以改变扩张腔102的容积。
48.可选地，进气管12贯穿壳体10的侧壁104设置，进气管12位于扩张腔102内的部分均匀开设多个通孔。出气管14贯穿端盖16设置，出气管14位于扩张腔102内的部分均匀开设多个通孔。同样运用抗性消声原理，通过将进气管12和出气管14位于扩张腔102内的部分开设通孔，造成结构上的不连续，使噪音在这些不连续处被反射，从而消除掉部分噪音。小的孔径能提高吸声系数，低的孔隙率能增加吸声频带的宽度，孔板深度能改变共振吸声峰的位置。进气管12和出气管14设置通孔后，使消声装置具有设计严密、吸收频带宽、阻损小、耐
高温、寿命长的优点。
49.第二方面，如图3所示，本发明还提供一种消声装置的控制方法，包括：
50.步骤s1，响应于发动机的控制指令。
51.步骤s2，根据控制指令生成控制策略。
52.步骤s3，根据控制策略控制移动机构18移动。
53.车辆运行时，下达发动机的控制指令。该控制指令来自用户主动发出或运行时自动生成。根据控制指令生成控制策略，根据控制策略控制移动机构18移动。
54.在如上所述的实施例中，步骤s2具体包括：
55.步骤s2.1，确定控制指令为降噪指令，则获取发动机运行信息。
56.步骤s2.2，根据发动机运行信息生成控制策略。
57.其中，发动机运行信息包括发动机转速、发动机缸数和发动机排量。
58.确定控制指令为降噪指令，则获取发动机转速、发动机缸数和发动机排量。将发动机转速、发动机缸数和发动机排量代入公式确定扩张腔容积:
59.v/vh＝30000*n-0.5
/n
60.v：扩张腔容积；
[0061]vh
：发动机排量；
[0062]
n：发动机缸数；
[0063]
n：发动机转速。
[0064]
根据扩张腔容积确定移动机构18的移动距离，根据移动距离生成控制策略。由于车辆的驾驶存在起步、加速、平稳运行、减速、爬坡、颠簸路段等多种状况，对应不同状况下，车辆的发动机的运行状态也会不同，相应的发动机排量、发动机转速也会变化。为了保证最好的消声效果，扩张腔容积随发动机排量和发动机转速一起改变。获取实时的发动机运行信息，根据实时的发动机运行信息生成动态的控制策略。
[0065]
进一步地，在扩张腔102内设置有传感器，用于实时获取端盖16在壳体10内的移动距离。
[0066]
根据企业产品技术研发需求，采用计算机仿真方法对消声装置的消声性能进行了模拟仿真，并辅以试验手段对设计效果进行了验证评价，最终达成设计目标，提高了消声装置性能设计的准确度和研发效率。在结构设计的基础上，应用软件对消声装置性能进行了仿真计算，得到传递损失、插入损失等性能参数，结合分析结果，对基础设计方案进行改进优化，并最终形成满足设计目标的消声装置详细设计方案；将消声装置设计方案转化为工程图纸，制作合格的物理样件，对消声装置样件总成在试验台架上进行了主要性能指标的测试，并与模拟仿真结果结合进行一致性对比分析。测试合格的试验样件最终在整车产品上进行装配，应用测试系统和软件对实际装车条件下的整车噪声进行测试及分析，根据测试结果，分析该消声装置在整车装配条件下是否满足整车相关性能设计目标的要求。
[0067]
在如上所述的实施例中，步骤s2还包括：
[0068]
步骤s2.3，确定控制指令为清洁指令，则根据清洁指令生成控制策略。
[0069]
确定控制指令为清洁指令，则生成控制移动机构18收回到极限的控制策略。此时移动机构18带动端盖16从壳体10内向远离侧壁104的方向拉动，直到端盖16与壳体10彻底分离，成型的扩张腔102消失。用户可从壳体10的敞口侧伸入清洁用具对壳体10和进气管12
的内表面，及出气管14和端盖16的内表面进行清洁。
[0070]
在如上所述的实施例中，步骤s1具体包括：
[0071]
步骤s1.1，获取发动机状态信息。
[0072]
步骤s1.2，确定发动机状态信息的发动机状态为运行状态，则丢弃清洁指令的控制指令，生成降噪指令的控制指令。
[0073]
确定发动机状态信息的发动机状态为停机状态，则丢弃降噪指令的控制指令，获取清洁指令的控制指令。
[0074]
在发动机开始运行时，默认降噪功能开启，生成降噪指令。车辆内部设置有显示屏人机界面，用户可通过人机界面选择对消声装置的清洁功能。当车辆在正常行驶的过程中，发动机状态为运行状态，此时默认开启降噪功能。只有当发动机状态为停机状态时，才会获取清洁指令。也就是说，车辆运行过程中，默认开启降噪功能；车辆处于非行驶状态下，才能开启清洁功能。即使用户在行驶过程中误触了清洁功能，消声装置也不会对清洁指令进行响应。
[0075]
可选地，在人机界面里设置复位功能，获取复位指令，生成复位指令的控制指令。确定控制指令为复位指令，生成移动机构18向壳体10推出的控制策略。移动机构18带动端盖16向壳体10推近，直至端盖16从壳体10的敞口侧进入，与壳体10内部的空间形成扩张腔102。
[0076]
在车辆正常行驶时，控制器获取到发动机状态为运行状态，则生成降噪指令。在车辆行驶过程中，用户选择清洁功能，控制器获取到清洁指令的控制指令，确定发动机状态为运行状态，则丢弃该控制指令，继续生成降噪指令。确定控制指令为降噪指令，则获取发动机转速、发动机缸数和发动机排量。将发动机转速、发动机缸数和发动机排量代入公式确定扩张腔容积。根据扩张腔容积确定移动机构18的移动距离，根据移动距离生成控制策略。为了保证最好的消声效果，扩张腔容积随发动机排量和发动机转速一起改变。获取实时的发动机运行信息，根据实时的发动机运行信息生成动态的控制策略。根据控制策略控制移动机构18移动。
[0077]
第三方面，本发明还提供一种消声装置的控制装置，包括：指令响应模块、策略生成模块和策略执行模块。指令响应模块用于响应于发动机的控制指令。策略生成模块用于根据控制指令生成控制策略。策略执行模块用于根据控制策略控制移动机构18移动。
[0078]
第四方面，本发明还提供一种发动机，包括如上所述的消声装置。消声装置安装在发动机的排气管上，用以消除排气噪音。
[0079]
第五方面，本发明还提供一种车辆，包括如上所述的消声装置或如上所述的发动机。本发明提供的车辆还包括：显示屏、发动机转速传感器。车辆的驾驶室内设置显示屏，显示屏用于显示人机交互界面。用户可通过显示屏控制端盖16的开启和回位。
[0080]
本发明通过在壳体10的两侧分别设置进气管12和出气管14，噪音在进入进气管12后，只有在进气管12固有频率附近的噪音可以进入壳体10，再在壳体10固有频率附近的噪音可以进入出气管14，最后在出气管14固有频率附近的噪音才能离开出气管14，以实现消声降噪。并且，本发明通过控制端盖16在壳体10内移动，改变壳体10固有频率，可有针对性的减弱高强度的噪音，进一步减小噪音。本发明中端盖16可从壳体10中移出，将壳体10内部露出，便于进行清洁。
[0081]
排气消声装置设计的关键是研究用来评价消声性能和空气动力性能的两个重要指标。通过移动端盖16改变扩张腔容积，使扩张腔容积时刻针对不同噪声进行消除，以此保证较高的消声性能。本发明所提供的消声装置的内部构造简单，发动机排气经过消声装置后压力损失较小，而较小的压力损失能够有效提高发动机的燃油经济性。
[0082]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种消声装置，其特征在于，包括：壳体(10)、进气管(12)、出气管(14)、端盖(16)和移动机构(18)；所述壳体(10)为一侧敞口结构；所述端盖(16)设置于所述壳体(10)的敞口侧，并与所述壳体(10)内壁包围形成扩张腔(102)；所述进气管(12)设置于所述壳体(10)远离所述端盖(16)的侧壁(104)，并与所述扩张腔(102)连通；所述出气管(14)设置于所述端盖(16)，并与所述扩张腔(102)连通；所述移动机构(18)与所述端盖(16)连接，用于调节所述扩张腔(102)的容积。2.根据权利要求1所述的消声装置，其特征在于，所述端盖(16)的周侧环绕设有密封圈(162)。3.根据权利要求2所述的消声装置，其特征在于，所述密封圈(162)选用y型密封圈(162)。4.根据权利要求1所述的消声装置，其特征在于，所述进气管(12)的轴心与所述出气管(14)的轴心相离。5.根据权利要求4所述的消声装置，其特征在于，所述进气管(12)贯穿所述侧壁(104)的中心设置，并与所述扩张腔(102)连通。6.根据权利要求1至5中任一项所述的消声装置，其特征在于，所述移动机构(18)包括：推拉杆(182)和液压装置；所述推拉杆(182)的一端连接所述端盖(16)的中心，所述推拉杆(182)的另一端连接所述液压装置。7.根据权利要求6所述的消声装置，其特征在于，所述液压装置包括：液压缸(184)、液压油箱(186)和换向阀(188)；所述推拉杆(182)设置于所述液压缸(184)的有杆腔内；所述液压缸(184)的有杆腔和所述液压缸(184)的无杆腔分别与所述液压油箱(186)连通；在所述液压油箱(186)与所述液压缸(184)连通的管线上设有所述换向阀(188)，用于改变所述推拉杆(182)的移动方向。8.根据权利要求1至5中任一项所述的消声装置，其特征在于，所述端盖(16)的尺寸小于所述壳体(10)的敞口侧的尺寸，用于使所述端盖(16)从所述壳体(10)的敞口侧进出所述扩张腔(102)。9.一种发动机，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的消声装置。10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的消声装置或权利要求9所述的发动机。

技术总结
本发明提供一种消声装置，包括：壳体、进气管、出气管、端盖和移动机构；所述壳体为一侧敞口结构；所述端盖设置于所述壳体的敞口侧，并与所述壳体内壁包围形成扩张腔；所述进气管设置于所述壳体远离所述端盖的侧壁，并与所述扩张腔连通；所述出气管设置于所述端盖，并与所述扩张腔连通；所述移动机构与所述端盖连接，用于调节所述扩张腔的容积。本发明通过在壳体的两侧分别设置进气管和出气管，噪音在进入后，依次在进气管、扩张腔和出气管内被降噪，降噪完成后再从出气管排出。并且，本发明通过控制端盖在壳体内移动，改变壳体固有频率，可有针对性的减弱高强度的噪音，进一步减小噪音。进一步减小噪音。进一步减小噪音。


技术研发人员：商成 孟凡冉 张晴朗
受保护的技术使用者：三一重机有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/8/14