排气消声器及车辆的制作方法

1.本实用新型涉及车辆技术领域，特别是涉及一种排气消声器及车辆。


背景技术：

2.摩托车等车辆具有发动机、与发动机连接的排气管及在排气方向下游侧与排气管连接的排气消声器，在发动机工作的过程中，其内燃烧产生的废气经排气管流向排气消声器，经排气消声器处理后的废气排至大气环境中。
3.随着用户对摩托车等车辆的品质要求越来越高，排气消声器除了满足动力需求和国标规定的噪声外，对排气音的品质也提出了更高的要求，例如排气音不仅需要有动力感，还需要有浑厚感和节奏感等。然而，常见的摩托车等车辆无法同时满足用户对排气音品质、噪声和动力感的需求。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种排气消声器及车辆，有利于发挥消声性能；并且，还使得排气更加顺畅，有利于降低排气背压，提升动力性能；并且，还能够提升排气声品质，使排气音低沉浑厚又不缺乏动力感。
5.一种排气消声器，至少包括：
6.壳体，所述壳体内至少设有谐振腔、沿排气方向依次设置的第一扩张腔、第二扩张腔及第三扩张腔，所述第一扩张腔与所述谐振腔连通；
7.排气管，所述排气管的一端插入所述壳体，并延伸至所述第一扩张腔内；
8.尾管，所述尾管的一端插入所述壳体，并延伸至所述第二扩张腔；
9.第一消声管、第二消声管及第三消声管，所述第一消声管从所述第一扩张腔延伸至所述第二扩张腔，用于连通所述第一扩张腔与所述第二扩张腔；所述第二消声管从所述第一扩张腔延伸至所述第三扩张腔，用于连通所述第一扩张腔和所述第三扩张腔；所述第三消声管从所述第二扩张腔延伸至所述第三扩张腔，用于连通所述第二扩张腔与所述第三扩张腔。
10.在其中一个实施例中，所述壳体包括前锥筒及筒体，所述筒体的一端设有开口，所述前锥筒设于所述开口并与所述筒体连接；所述开口位置设有隔板，所述隔板与所述前锥筒围成密闭的谐振腔，所述第一扩张腔、所述第二扩张腔及所述第三扩张腔沿远离所述谐振腔的方向依次设于所述筒体内；所述排气管穿过所述谐振腔及所述隔板，并延伸至所述第一扩张腔内，所述隔板设有谐振孔，所述第一扩张腔通过所述谐振孔与所述谐振腔连通。
11.在其中一个实施例中，所述谐振孔的当量直径小于所述排气管的当量直径。
12.在其中一个实施例中，所述谐振孔呈腰形，腰形所述谐振孔绕所述排气管的周向延伸设置。
13.在其中一个实施例中，所述谐振腔内固定有用于支撑所述前锥筒的支撑板，所述排气管穿过并固定于所述支撑板，所述支撑板设有穿孔。
14.在其中一个实施例中，所述排气管穿过所述支撑板的中部，所述穿孔设有至少两个，至少两个所述穿孔呈腰形，至少两个腰形所述穿孔沿所述排气管的周向延伸并间隔设置。
15.在其中一个实施例中，至少一个所述穿孔在所述隔板的投影与所述谐振孔至少部分重合。
16.在其中一个实施例中，所述筒体内沿所述排气方向依次至少设有第一挡板及第二挡板，所述第一挡板及所述第二挡板将所述筒体分隔为所述第一扩张腔、第二扩张腔及第三扩张腔；所述第一消声管从所述第一扩张腔穿过所述第一挡板，并延伸至所述第二扩张腔；所述第二消声管从所述第一扩张腔穿过所述第一挡板及所述第二挡板，并延伸至所述第三扩张腔；所述第三消声管从所述第二扩张腔穿过所述第二挡板，并延伸至所述第三扩张腔。
17.在其中一个实施例中，所述第一消声管在所述第二挡板的投影与所述尾管及第三消声管均错开设置；
18.所述第一消声管、第二消声管及第三消声管的流通口均呈腰形，所述第二消声管的腰形流通口及所述第三消声管的腰形流通口沿所述尾管的周向延伸并间隔设置。
19.一种车辆，包括：
20.车主体；
21.发动机；及
22.所述的排气消声器，所述排气消声器的排气管连接于所述发动机的排气口。
23.上述的排气消声器及车辆，使用时，排气管连接车辆的发动机。当车辆处于怠速和中低速的行驶工况时，在排气初期，发动机排出的气体经排气管进入第一扩张腔，第一扩张腔内的气压逐渐升高，这时第一扩张腔内的气体会进入谐振腔内，降低第一扩张腔内压力波峰值。在排气末期，当第一扩张腔内的压力下降时，谐振腔内的气体返回至第一扩张腔，增大第一扩张腔内的压力波谷值，使得压力变化幅值减小，从而实现降噪的目的。如此，在谐振腔的作用下，使声波经过缓冲作用后再通过第一扩张腔、第二扩张腔及第三扩张腔从尾管排出，有利于发挥消声性能。并且，当第一扩张腔内的气流由于压力波的脉动作用倒灌到排气管内时，谐振腔内的气体流出至第一扩张腔内，抑制气流倒灌现象，使得排气更加顺畅，有利于降低排气背压，提升动力性能。此外，当车辆处于中高速的行驶工况时，排气量较大，发动机排出的气体经排气管进入第一扩张腔，部分气体经过第一消声管进入第二扩张腔，进而通过尾管排出至大气环境中；由于排气路径短，气体流动阻尼损失较小，这样排气高音频成分多，可提升加速过程中排气音的力量感和爆发力。而另一部分气体通过第二消声管进入第三扩张腔，再通过第三消声管回流至第二扩张腔，最后通过尾管排出至大气环境中；在该排气过程中，气体流动阻尼损失较大，排气音低频成分多，可提升排气音的低沉浑厚感。如此，采用两种消声模式的融合，能够提升排气声品质，使得排气音低沉浑厚又不缺乏动力感。
附图说明
24.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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取其他的附图。
26.图1为本实用新型一实施例的排气消声器的结构示意图；
27.图2为图1所示的排气消声器沿a-a的剖视图；
28.图3为图1所示的排气消声器沿b-b的剖视图；
29.图4为图1所示的排气消声器沿c-c的剖视图；
30.图5为图1所示的排气消声器位于筒体内的结构示意图；
31.图6为图1所示的排气消声器的流场分布图；
32.图7(a)为图1所示的排气消声器在排气初期的流场分布图；
33.图7(b)为常规无谐振腔的排气消声器在排气初期的流场分布图；
34.图8(a)为图1所示的排气消声器在排气初期的压力场分布图；
35.图8(b)为常规无谐振腔的排气消声器在排气初期的压力场分布图；
36.图9(a)为图1所示的排气消声器在排气末期的流场分布图；
37.图9(b)为常规无谐振腔的排气消声器在排气末期的流场分布图；
38.图10(a)为图1所示的排气消声器在排气末期的压力场分布图；
39.图10(b)为常规无谐振腔的排气消声器在排气末期的压力场分布图；
40.图11(a)为图1所示的排气消声器的排气倒灌流场分布图；
41.图11(b)为常规无谐振腔的排气消声器的排气倒灌流场分布图；
42.图12为本实用新型一实施例的排气消声器与常规的消声器在整车动力性能的对比图。
43.附图标号说明：10、壳体；11、筒体；111、第一扩张腔；112、第二扩张腔；113、第三扩张腔；12、前锥筒；121、谐振腔；13、隔板；131、谐振孔；14、支撑板；141、穿孔；15、第一挡板；16、第二挡板；20、排气管；30、尾管；40、第一消声管；50、第二消声管；60、第三消声管。
具体实施方式
44.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
45.请参阅图1和图2，本实用新型一实施例的排气消声器，包括壳体10、排气管20、尾管30、第一消声管40、第二消声管50及第三消声管60。壳体10内至少设有谐振腔121、沿排气方向依次设置的第一扩张腔111、第二扩张腔112及第三扩张腔113，第一扩张腔111与谐振腔121连通。排气管20的一端插入壳体10，并延伸至第一扩张腔111内。尾管30的一端插入壳体10，并延伸至第二扩张腔112内。第一消声管40从第一扩张腔111延伸至第二扩张腔112，用于连通第一扩张腔111与第二扩张腔112。第二消声管50从第一扩张腔111延伸至第三扩张腔113，用于连通第一扩张腔111和第三扩张腔113。第三消声管60从第二扩张腔112延伸
至第三扩张腔113，用于连通第二扩张腔112与第三扩张腔113。
46.参阅图2，需要说明的是，排气方向是指沿排气管20至尾管30的方向。为了方便理解，采用s表示排气方向。
47.具体地，排气管20的一端插入壳体10的第一扩张腔111内，另一端连接车辆的发动机，用于将发动机排出的气体排向第一扩张腔111。并且，尾管30的一端插入壳体10的第二扩张腔112内，用于将第二扩张腔112的气体排向大气环境中。
48.上述的排气消声器，参阅图7(a)至图12，使用时，排气管20连接车辆的发动机。当车辆处于怠速和中低速的工况时，在排气初期，发动机排出的气体经排气管20进入第一扩张腔111，第一扩张腔111内的气压逐渐升高，这时第一扩张腔111内的气体会进入谐振腔121内，降低第一扩张腔111内压力波峰值。在排气末期，当第一扩张腔111内的压力下降时，谐振腔121内的气体返回至第一扩张腔111，增大第一扩张腔111内的压力波谷值，使得压力变化幅值减小，从而实现降噪的目的。如此，在谐振腔121的作用下，使声波经过缓冲作用后再通过第一扩张腔111、第二扩张腔112及第三扩张腔113从尾管30排出，有利于发挥消声性能。并且，当第一扩张腔111内的气流由于压力波的脉动作用倒灌到排气管20内时，谐振腔121内的气体流出至第一扩张腔111内，抑制气流倒灌现象，使得排气更加顺畅，有利于降低排气背压，提升动力性能。此外，当车辆处于中高速的行驶工况时，排气量较大，发动机排出的气体经排气管20进入第一扩张腔111，部分气体经过第一消声管40进入第二扩张腔112，进而通过尾管30排出至大气环境中；由于排气路径短，气体流动阻尼损失较小，这样排气高音频成分多，可提升加速过程中排气音的力量感和爆发力。而另一部分气体通过第二消声管50进入第三扩张腔113，再通过第三消声管60回流至第二扩张腔112，最后通过尾管30排出至大气环境中；在该排气过程中，气体流动阻尼损失较大，排气音低频成分多，可提升排气音的低沉浑厚感。如此，采用两种消声模式的融合，能够提升排气声品质，使得排气音低沉浑厚又不缺乏动力感。
49.需要说明的是，通过在排气消声器内引入谐振腔121、第一扩张腔111、第二扩张腔112及第三扩张腔113的权重分配，可调制出满足不同排气声品质的排气消声器。
50.在一个实施例中，参阅图2和图3，壳体10包括前锥筒12及筒体11。筒体11的一端设有开口，前锥筒12设于开口并与筒体11连接。开口位置设有隔板13，隔板13与前锥筒12围成密闭的谐振腔121，第一扩张腔111、第二扩张腔112及第三扩张腔113沿远离谐振腔121的方向依次设于筒体11内。排气管20穿过谐振腔121及隔板13，并延伸至第一扩张腔111。隔板13设有谐振孔131，第一扩张腔111通过谐振孔131与谐振腔121连通。当车辆处于怠速和中低速的行驶工况时，在排气初期，发动机排出至第一扩张腔111内的气压升高，第一扩张腔111内的气体通过谐振孔131进入谐振腔121内；在排气末期，当第一扩张腔111内的压力下降时，谐振腔121内的气体通过谐振孔131返回至第一扩张腔111，实现降噪的目的。通过在筒体11的开口位置设置隔板13，隔板13与前锥筒12围成密闭的谐振腔121，隔板13设置谐振孔131，如此充分利用排气消声器的前锥筒12充当谐振腔121，无需单独设置谐振腔121，节省空间布置，且不影响排气消声器的外观。
51.需要说明的是，参阅图3，谐振孔131的大小可根据实际需求进行设置，通过调整谐振孔131的大小，可调制车辆处于怠速工况时排气音的主频成分，尽可能将主频调制在低频并提升该频段的声压，从而使得怠速排气音具有低频厚重的节奏感。
52.进一步地，参阅图2和图3，谐振孔131的当量直径小于排气管20的当量直径。如此，使谐振腔121和第一扩张腔111内的气体具有合适的权重比例，避免发动机经排气管20进入第一扩张腔111的气体过多地进入谐振孔131，导致过度消声。同时，也通过排气管20排出至第一扩张腔111的气体能够流入第二扩张腔112和第三扩张腔113内并经尾管30排出。
53.进一步地，参阅图3，谐振孔131呈腰形，腰形谐振孔131绕排气管20的周向延伸设置。如此，在相同的流通截面积下，腰形谐振孔131占用隔板13的面积较小，这样可减小隔板13的尺寸，减小空间布置，有利于缩小排气消声器的体积。
54.具体在本实施例中，参阅图3，排气管20的一端穿过并固定在隔板13的中部。谐振孔131设有一个，谐振孔131呈腰形，腰形谐振孔131沿排气管20的周向延伸设置。
55.在一个实施例中，参阅图2和图4，谐振腔121内固定有用于支撑前锥筒12的支撑板14，排气管20穿过并固定于支撑板14，支撑板14设有穿孔141。具体地，支撑板14横向设于前锥筒12内，并且支撑板14的边缘与前锥筒12的侧壁抵触。如此，通过设置支撑板14，支撑板14能够对前锥筒12和排气管20起到支撑作用。并且，支撑板14设有穿孔141，这样也不会阻碍谐振腔121内气体向前锥筒12沿排气方向的上游侧流动。
56.进一步地，参阅图4，排气管20穿过支撑板14的中部。穿孔141设有至少两个，至少两个穿孔141呈腰形，至少两个腰形穿孔141沿排气管20的周向延伸并间隔设置。如此，在相同的流通截面积下，腰形穿孔141占用支撑板14的面积较小，这样可减小支撑板14的尺寸，减小空间布置，有利于缩小排气消声器的体积。
57.更进一步地，参阅图2、图3和图4，至少一个穿孔141在隔板13的投影与谐振孔131至少部分重合。如此，有利于从谐振孔131进入谐振腔121内的气体快速地通过穿孔141进入前锥筒12沿排气方向的上游侧。
58.具体在本实施例中，参阅图2和图4，排气管20穿过支撑板14的中部。穿孔141设有四个，四个穿孔141均呈腰形，四个腰形穿孔141沿排气管20的周向延伸并间隔设置。并且，其中一个穿孔141在隔板13的投影与谐振孔131重合。
59.在一个实施例中，参阅图2和图5，筒体11内沿排气方向依次至少设有第一挡板15及第二挡板16，第一挡板15及第二挡板16将筒体11分隔为第一扩张腔111、第二扩张腔112及第三扩张腔113。具体地，隔板13、筒体11及第一挡板15围成第一扩张腔111，第一挡板15、筒体11及第二挡板16围成第二扩张腔112，第二挡板16及筒体11围成第三扩张腔113。第一消声管40从第一扩张腔111穿过第一挡板15，并延伸至第二扩张腔112，用于连通第一扩张腔111与第二扩张腔112。第二消声管50从第一扩张腔111穿过第一挡板15及第二挡板16，并延伸至第三扩张腔113，用于连通第一扩张腔111与第三扩张腔113。第三消声管60从第二扩张腔112穿过第二挡板16，并延伸至第三扩张腔113，用于连通第二扩张腔112与第三扩张腔113。尾管30从第二扩张腔112穿过第二隔板13，并延伸至筒体11外。
60.当车辆处于中高速的行驶工况时，排气量较大，发动机排出的气体经排气管20进入第一扩张腔111，部分气体经过第一消声管40进入第二扩张腔112，进而通过尾管30排出至大气环境中；由于排气路径短，气体流动阻尼损失较小，这样排气高音频成分多，可提升加速过程中排气音的力量感和爆发力。而另一部分气体通过第二消声管50进入第三扩张腔113，再通过第三消声管60回流至第二扩张腔112，最后通过尾管30排出至大气环境中；在该排气过程中，气体流动阻尼损失较大，排气音低频成分多，可提升排气音的低沉浑厚感。如
此，采用两种消声模式的融合，能够提升排气声品质，使得排气音低沉浑厚又不缺乏动力感。
61.进一步地，参阅图2和图5，第一消声管40在第二挡板16的投影与尾管30及第三消声管60均错开设置。如此，由于第一消声管40在第二挡板16的投影与尾管30错开设置，这样可增加第一消声管40内气体流至尾管30的路径，避免流经第一消声管40内的气体直接对流至尾管30内，延长气体在第二扩张腔112内的时间，减小排气音高频成分，避免排气噪音过大。同时，由于第一消声管40在第二挡板16的投影与第三消声管60错开设置，避免从第一扩张腔111通过第一消声管40流至第二扩张腔112内的气体对从第三扩张腔113通过第三消声管60返回至第二扩张腔112的气体产生干涉，保证第三扩张腔113内的气体能够通过第三消声管60回流至第二扩张腔112内。
62.进一步地，参阅图2和图5，第一消声管40、第二消声管50及第三消声管60的流通口均呈腰形，第二消声管50的腰形流通口及第三消声管60的腰形流通口均沿尾管30的周向延伸并间隔设置。如此，在相同的流通截面积下，上述结构的第一消声管40和第二消声管50占用第一挡板15的面积较小，这样可减小第一挡板15的尺寸，减小空间布置。并且，上述结构的第二消声管50及第三消声管60占用第二挡板16的面积较小，这样可减小第二挡板16的尺寸，减小空间布置，有利于缩小排气消声器的体积。
63.具体在本实施例中，第一消声管40设有一个，第一消声管40的流通口呈腰形，第一消声管40的腰形流通口在第一挡板15绕尾管30周向延伸设置。第二消声管50设有一个，第二消声管50穿过第一挡板15及第二挡板16；第二消声管50的流通口呈腰形，第二消声管50的腰形流通口绕尾管30的周向延伸设置。第三消声管60设有两个，两个第三消声管60相对设于尾管30的两侧；第三消声管60的流通口呈腰形，两个第三消声管60的腰形流通口绕尾管30的周向设置。并且，第一消声管40在第二挡板16的投影与第二消声管50及第三消声管60错开设置。
64.本实用新型一实施例的车辆，包括车主体、发动机及上述任一实施例的排气消声器。排气消声器的排气管20连接发动机的排气口。
65.当车辆处于怠速和中低速的行驶工况时，在排气初期，发动机排出的气体经排气管20进入第一扩张腔111，第一扩张腔111内的气压逐渐升高，这时第一扩张腔111内的气体会进入谐振腔121内，降低第一扩张腔111内压力波峰值。在排气末期，当第一扩张腔111内的压力下降时，谐振腔121内的气体返回至第一扩张腔111，增大第一扩张腔111内的压力波谷值，使得压力变化幅值减小，从而实现降噪的目的。如此，在谐振腔121的作用下，使声波经过缓冲作用后再通过第一扩张腔111、第二扩张腔112及第三扩张腔113从尾管30排出，有利于发挥消声性能。并且，当第一扩张腔111内的气流由于压力波的脉动作用倒灌到排气管20内时，谐振腔121内的气体流出至第一扩张腔111内，抑制气流倒灌现象，使得排气更加顺畅，有利于降低排气背压，提升动力性能。此外，当车辆处于中高速的行驶工况时，排气量较大，发动机排出的气体经排气管20进入第一扩张腔111，部分气体经过第一消声管40进入第二扩张腔112，进而通过尾管30排出至大气环境中；由于排气路径短，气体流动阻尼损失较小，这样排气高音频成分多，可提升加速过程中排气音的力量感和爆发力。而另一部分气体通过第二消声管50进入第三扩张腔113，再通过第三消声管60回流至第二扩张腔112，最后通过尾管30排出至大气环境中；在该排气过程中，气体流动阻尼损失较大，排气音低频成分
多，可提升排气音的低沉浑厚感。如此，采用两种消声模式的融合，能够提升排气声品质，使得排气音低沉浑厚又不缺乏动力感。
66.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
67.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
68.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
69.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
70.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
71.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
72.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。