專利名稱：阻尼式汽車排氣消聲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車排氣消聲器，更具體的說(shuō)涉及一種采用吸聲材料的阻尼式汽車排氣消聲器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的汽車排氣消聲器系統(tǒng)通常以抗性消聲器為主，因?yàn)樗侨饘俳Y(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耐高溫、耐腐蝕、耐氣流沖擊，壽命長(zhǎng)。但抗性消聲器的消聲頻帶較窄，在中、低頻消聲效果較好，高頻較差。為了彌補(bǔ)其高頻消聲效果差的缺陷，往往需要采用多級(jí)組合即多級(jí)消聲器或阻抗復(fù)合式消聲器等對(duì)高頻消聲效果較好的結(jié)構(gòu)，來(lái)完成汽車排氣系統(tǒng)的消聲。這樣一方面增加了加工難度，另一方面也提高了消聲成本。
現(xiàn)有的采用吸聲材料的阻尼式排氣消聲器一般設(shè)置有氣流通道，在氣流通道中布置有吸聲材料，吸聲材料一般采用能耐高溫、耐腐蝕的鋁絲氈、石棉繩氈等，再用能牢固予以固定的護(hù)面結(jié)構(gòu)加以固定。這種消聲器耐沖刷、耐潮濕和耐塵的效果較差，使用壽命較短，同時(shí)消聲效果也較差，因此目前還未能在汽車領(lǐng)域得到普遍使用。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能耐高溫、耐腐蝕、耐氣流沖擊，使用壽命長(zhǎng)，消聲性能好，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工簡(jiǎn)便、成本較低的阻尼式汽車排氣消聲器。
本發(fā)明包括金屬外殼，外殼的兩端分別與進(jìn)氣管和出氣管相連接，外殼內(nèi)裝有吸聲材料。吸聲材料由發(fā)泡金屬材料構(gòu)成，發(fā)泡金屬材料的發(fā)泡微孔的孔徑為200-1200微米，發(fā)泡金屬材料的孔隙率(多孔材料的空氣體積與材料總體積之比)為80-98％。
所述的發(fā)泡金屬材料可以沿著與氣流方向垂直的方向分段設(shè)置，段與段之間留有空腔。也可以以單層或多層方式與氣流方向平行的方向設(shè)置，各發(fā)泡金屬材料層之間及其與外殼內(nèi)壁之間留有空腔。所述發(fā)泡金屬材料的厚度為10-40毫米，所述空腔的厚度為10-50毫米。
采用發(fā)泡金屬材料的消聲器的工作原理是當(dāng)汽車尾氣從進(jìn)氣管進(jìn)入消聲器殼體內(nèi)后，進(jìn)入發(fā)泡金屬的孔隙中，在其中做軸向和徑向的流動(dòng)，聲波被分散到多孔的發(fā)泡金屬中，激發(fā)發(fā)泡金屬中無(wú)數(shù)小孔內(nèi)的空氣介質(zhì)振動(dòng)，由于空氣之間、空氣與構(gòu)成發(fā)泡金屬微孔的經(jīng)絡(luò)之間的摩擦和粘滯作用，以及孔隙內(nèi)的空氣的漲縮作用，在空氣與經(jīng)絡(luò)之間不斷發(fā)生熱交換，將聲能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，從而達(dá)到消聲的目的。
由于本發(fā)明采用放置在消聲器金屬外殼內(nèi)的發(fā)泡金屬作為吸聲材料，而發(fā)泡金屬具有很高的孔隙率和較高的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)還具有密度小、比表面積大、透流體性好、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸音減震力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。把它用于汽車排氣消聲器的吸聲材料，不僅吸聲性能優(yōu)良，而且具有加工簡(jiǎn)單，成本低廉，能耐高溫、耐腐蝕、耐氣流沖擊，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
由于發(fā)泡金屬材料具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和加工性能，消聲器的外殼可以做成圓筒狀，也可以方便地做成扁形或其他適應(yīng)汽車底部空間的形狀，而不會(huì)影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的制作難度及最后器件的消聲性能。
研究證明，發(fā)泡金屬材料的孔徑、孔隙率對(duì)材料的吸聲性能和發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣阻力有著很大的影響。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)證明，發(fā)泡金屬材料的發(fā)泡微孔的孔徑為200-1200微米、發(fā)泡金屬材料的孔隙率為80-98％之間時(shí)能取得較好的吸聲效果，同時(shí)當(dāng)不設(shè)另外的氣流通道，讓發(fā)泡金屬材料沿著與氣流方向垂直的方向設(shè)置在金屬外殼中時(shí)，能讓高速排出的發(fā)動(dòng)機(jī)氣流順利的通過(guò)，基本上不會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工簡(jiǎn)便，成本低廉，使用壽命長(zhǎng)。在較寬的頻率范圍內(nèi)都具有良好消聲性能，平均消聲效果比現(xiàn)在在汽車領(lǐng)域通用的抗性消聲器提高了30％，比穿孔板消聲器提高了約35-45％，檢測(cè)結(jié)果如圖5所示。與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)。

下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明圖1是本發(fā)明阻尼式汽車排氣消聲器一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明阻尼式汽車排氣消聲器另一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2的A向視圖；圖4是本發(fā)明所采用的一種發(fā)泡金屬材料-發(fā)泡鎳的微觀結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明與其他幾種通用消聲器消聲效果的比較圖。
具體實(shí)施方式本發(fā)明的一種實(shí)施方案如圖1所示包括金屬外殼2，外殼2的兩端分別與進(jìn)氣管2和出氣管4相連接，外殼2內(nèi)裝有由發(fā)泡金屬材料構(gòu)成的吸聲材料3。發(fā)泡金屬材料的孔隙率可以在80-98％之間，孔徑可以在200-1200微米之間。吸聲材料3分段(圖中為兩段，在實(shí)際使用中可以分為多段)沿著與氣流方向垂直的方向設(shè)置在金屬外殼2中，分段設(shè)置的吸聲材料3之間留有空腔。發(fā)泡金屬材料的厚度可以在10-40毫米之間，空腔的厚度可以在10-50毫米之間。
在本發(fā)明中，發(fā)泡金屬材料的孔徑對(duì)吸聲性能有很大的影響，為了確定這項(xiàng)參數(shù)的最佳范圍，做了七組試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。表中孔徑單位為微米。
表1從表1中可以看到，發(fā)泡金屬材料的孔徑對(duì)于它的吸聲性能有著很大的影響。其吸聲系數(shù)隨著孔徑的增加呈現(xiàn)一個(gè)從低到高先上升，再?gòu)母叩降拖陆档内厔?shì)，在200-1200微米之間時(shí)能夠取得最佳吸聲效果。同時(shí)還可以看出，發(fā)泡金屬材料在高頻部分的吸聲效果要好于低頻部分。
為了提高消聲器的吸聲性能，尤其是在低頻部分的吸聲性能，可以通過(guò)在吸聲材料3之間留有的空腔，以及合理的增加材料的厚度等方式來(lái)達(dá)到這一要求?？涨豢陀^上也可以起到增加材料厚度的作用，這相當(dāng)于延長(zhǎng)了毛細(xì)管的有效長(zhǎng)度。由此可以減少材料的用量，降低了成本，同時(shí)還可以改善材料的吸聲性能，尤其是低頻部分的吸聲性能。研究證明，當(dāng)發(fā)泡金屬材料的厚度在10-40毫米之間，空腔的厚度在10-50毫米之間時(shí)，就能夠有效的提高吸聲性能，特別是低頻部分的吸聲性能，使得本發(fā)明在一個(gè)寬廣的頻率范圍內(nèi)都能夠獲得良好的吸聲效果。
發(fā)泡金屬材料的孔隙率對(duì)于材料的吸聲性能和氣流阻力也有較大的影響。一般來(lái)說(shuō)，較大的孔隙率有利于減少氣流阻力，同時(shí)也能夠提高材料的吸聲性能，但是，如果把材料的孔隙率提高到98％以上時(shí)，不僅在技術(shù)方面目前還比較困難，而且不經(jīng)濟(jì)，并且還會(huì)影響材料的機(jī)械強(qiáng)度，降低它的抗沖刷能力。因此把發(fā)泡金屬材料的孔隙率限定為80-98％是個(gè)最佳的范圍。
設(shè)置在金屬外殼內(nèi)的多個(gè)發(fā)泡金屬材料的孔隙率以及金屬材料之間的空腔厚度可以相同也可以不同。通過(guò)選擇設(shè)置在金屬外殼內(nèi)的多個(gè)發(fā)泡金屬材料的不同的孔隙率與它們之間的不同的空腔厚度，可以進(jìn)一步提高在較寬頻率范圍內(nèi)的消聲效果。
由于本發(fā)明所采用的發(fā)泡金屬材料具有較高的孔隙率(80-98％)和較大的孔徑(200-1200微米)，同時(shí)又具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，能讓發(fā)動(dòng)機(jī)排出的氣流順利的通過(guò)。因此，本發(fā)明可以不設(shè)另外的氣流通道，可以讓發(fā)泡金屬材料沿著與氣流方向垂直的方向設(shè)置在金屬外殼2中。采用常規(guī)的方式如焊接、加用護(hù)面結(jié)構(gòu)等方法進(jìn)行固定。這樣可以取得最佳的吸聲效果。
但發(fā)泡金屬材料也可以采用如圖2和圖3所示的，沿著與氣流方向平行的方向設(shè)置等方式，在發(fā)泡金屬材料制成的吸聲材料3的中間以及吸聲材料3與金屬外殼2之間也可以形成氣流通道。這樣的話，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣阻力更小，但吸聲效果稍有下降。如此設(shè)置的發(fā)泡金屬材料3的數(shù)量可以為一層或者多層。各發(fā)泡金屬材料層之間及其與外殼內(nèi)壁之間留有空腔。發(fā)泡金屬材料的最佳厚度在10-40毫米之間，空腔的最佳厚度在10-50毫米之間。
上述的發(fā)泡金屬材料可以包括鎳、鐵、鈦組成的單質(zhì)金屬或者由上述金屬構(gòu)成的合金。也可以為AB型合金，其中組份A為鎳、鐵、鈦中的一種，其含量占55-95％(重量百分比)，組份B為鉻、鋁、鈷、鉬、鋅中的一種或幾種，其含量占5-45％(重量百分比)。
采用發(fā)泡合金材料可以進(jìn)一步提高材料的機(jī)械強(qiáng)度和抗氧化、抗熱腐蝕性能，提高抗沖刷能力，延長(zhǎng)消聲器的使用壽命。
圖4展示了本發(fā)明所采用的一種發(fā)泡金屬材料-發(fā)泡鎳的微觀結(jié)構(gòu)。在圖中可以清楚的看到，發(fā)泡鎳具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，骨架彼此相連，所有孔隙都是相通的，因此具有很高的孔隙率和較高的機(jī)械強(qiáng)度。發(fā)泡鎳還具有密度小、比表面積大、透流體性好、導(dǎo)熱系數(shù)低、吸音減震力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此采用發(fā)泡鎳作為吸聲材料能取得極佳的消聲效果并減少對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣的阻力。
發(fā)泡金屬材料最好采用電鍍法制成。尤其是對(duì)制造大孔率發(fā)泡金屬，最為簡(jiǎn)單、方便。通過(guò)電鍍法制造發(fā)泡金屬不僅簡(jiǎn)單、方便、成本低，同時(shí)采用這種方法制成的發(fā)泡金屬吸聲性能優(yōu)良，還具有與其它制造方法相比更好的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱性和化學(xué)穩(wěn)定性，能夠延長(zhǎng)發(fā)泡金屬材料的使用壽命。但發(fā)泡金屬材料也可以采用其他通用的方法制備。
實(shí)施例一將用作吸聲材料的發(fā)泡金屬材料分兩段沿著與氣流方向垂直的方向設(shè)置在消聲器的金屬外殼中。采用焊接的方式進(jìn)行固定。分段設(shè)置的吸聲材料之間以及吸聲材料與消聲器外殼之間留有空腔。發(fā)泡金屬材料的孔隙率可以在80-98％之間，最好能達(dá)到95-98％；孔徑為200微米；厚度可以在10-40毫米之間；空腔的厚度可以在10-50毫米之間。發(fā)泡金屬材料采用發(fā)泡鎳，發(fā)泡鎳采用電鍍工藝制備，質(zhì)量應(yīng)該達(dá)到孔隙分布均勻、無(wú)封孔、無(wú)穿孔、有較高的機(jī)械強(qiáng)度和一定的柔韌性。
對(duì)實(shí)施例一用于普通轎車，使用機(jī)動(dòng)車輛定置噪聲測(cè)量方法(GB/T 14365-93)和汽車加速行駛車外噪聲限值及測(cè)量方法(GB1495-2002)，在不增加油耗的前提下，噪聲值均低于國(guó)家規(guī)定的噪聲限值。
實(shí)施例二發(fā)泡金屬材料采用發(fā)泡鎳，孔徑為400微米，其他與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例三發(fā)泡金屬材料采用發(fā)泡鎳，孔徑為800微米，其他與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例四發(fā)泡金屬材料采用發(fā)泡鎳，孔徑為1200微米，其他與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例五發(fā)泡金屬材料采用發(fā)泡鎳，孔徑為200微米，發(fā)泡鎳在圓筒形外殼2內(nèi)沿著與氣流方向平行的方向呈與外殼相應(yīng)的形狀，也呈圓筒形設(shè)置。呈圓筒形設(shè)置的發(fā)泡鎳內(nèi)部及發(fā)泡鎳與消聲器外殼內(nèi)壁之間留有空腔。其他與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例六發(fā)泡金屬材料采用發(fā)泡鎳-鉻合金，其中金屬鎳含量為55wt％、鉻含量為45wt％，孔徑為200微米，其他與實(shí)施例一相同。
由于鎳基合金在高溫中具有很高的強(qiáng)度和良好的抗氧化、抗熱腐蝕性能，因此使用壽命更長(zhǎng)。
實(shí)施例七發(fā)泡金屬材料采用發(fā)泡鎳-鉻合金，其中金屬鎳含量為75wt％、鉻含量為25wt％，孔徑為200微米，其他與實(shí)施例一相同。
實(shí)施例八發(fā)泡金屬材料采用發(fā)泡鎳-鉻合金，其中金屬鎳含量為95wt％、鉻含量為5wt％，孔徑為200微米，其他與實(shí)施例一相同。
對(duì)上述實(shí)施例用于普通轎車按照實(shí)施例一所述的方法進(jìn)行檢測(cè)，噪聲值均低于國(guó)家規(guī)定的噪聲限值。
采用其它發(fā)泡金屬材料如鐵、鈦等及上述金屬的合金和不同結(jié)構(gòu)和孔徑做上述試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果，噪聲值均低于國(guó)家規(guī)定的噪聲限值。
上述實(shí)施例只是體現(xiàn)本發(fā)明基本思路的優(yōu)選方案，本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對(duì)其中的某些部分所可能做出的一些變動(dòng)均體現(xiàn)了本發(fā)明的原理，屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.阻尼式汽車排氣消聲器，包括金屬外殼，此外殼的兩端分別與進(jìn)氣管和出氣管相連接，所述外殼內(nèi)裝有吸聲材料，其特征在于所述的吸聲材料由發(fā)泡金屬材料構(gòu)成，發(fā)泡金屬材料的發(fā)泡微孔的孔徑為200-1200微米，孔隙率為80-98％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼式汽車排氣消聲器，其特征在于所述的發(fā)泡金屬材料沿著與氣流方向垂直的方向分段設(shè)置，段與段之間留有空腔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻尼式汽車排氣消聲器，其特征在于所述發(fā)泡金屬材料的厚度為10-40毫米，所述空腔的厚度為10-50毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的阻尼式汽車排氣消聲器，其特征在于各段的發(fā)泡金屬材料可以分別具有不同的孔徑或孔隙率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼式汽車排氣消聲器，其特征在于所述的發(fā)泡金屬材料以單層或多層方式以與氣流方向平行的方向設(shè)置，各發(fā)泡金屬材料層之間及其與外殼內(nèi)壁之間留有空腔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的阻尼式汽車排氣消聲器，其特征在于所述發(fā)泡金屬材料的厚度為10-40毫米，所述空腔的厚度為10-50毫米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼式汽車排氣消聲器，其特征在于所述的發(fā)泡金屬材料為由鎳、鐵、鈦組成的單質(zhì)金屬或合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻尼式汽車排氣消聲器，其特征在于所述的發(fā)泡金屬材料為AB型合金，其中組份A為鎳、鐵、鈦中的一種，其含量占55-95wt％，組份B為鉻、鋁、鈷、鉬、鋅中的一種或幾種，其含量占5-45wt％。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或7或8所述的阻尼式汽車排氣消聲器，其特征在于所述發(fā)泡金屬材料是采用電鍍法制成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種阻尼式汽車排氣消聲器，包括金屬外殼，外殼的兩端分別與進(jìn)氣管和出氣管相連接，外殼內(nèi)裝有吸聲材料，吸聲材料由發(fā)泡金屬材料構(gòu)成，發(fā)泡金屬材料的發(fā)泡微孔的孔徑為200－1200微米，孔隙率為80－98％。這種排氣消聲器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工簡(jiǎn)便、成本低廉，能耐高溫、耐腐蝕、耐氣流沖擊，使用壽命長(zhǎng)，同時(shí)具有良好的消聲性能。
文檔編號(hào)F01N1/08GK1540142SQ0311433
公開日2004年10月27日 申請(qǐng)日期2003年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月24日
發(fā)明者王傳福, 劉毅, 董俊卿, 李春波 申請(qǐng)人:比亞迪股份有限公司