[发明专利]一种具有压电发电功能的汽车内燃机用磁流变消音器

说明书

本发明涉及汽车消音技术，具体涉及一种具有压电发电功能的汽车内燃机用磁流变消音器。筒体包括壳体和固定体，固定体上开有若干圆柱孔，圆柱孔内设有磁锥；磁锥由圆柱形永磁体和被磁化后覆盖在永磁体上的圆锥形磁流变液组成；筒体内由左隔板和右隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，第二腔体内的转轴上安装有发电单元；第一腔体内转轴上安装有风扇叶片；发电单元内活塞通过蝶形弹簧将压电叠堆压在孔底面上。优势与特色：利用压电效应将风能转换为电能发电，不仅吸收噪音，且能发电，节约能源；利用磁锥声阻抗的梯度变化主动吸声，吸声频带宽。

技术领域

本发明涉及汽车消音技术，具体涉及一种具有压电发电功能的汽车内燃机用磁流变消音器。

背景技术

随着人们对生活品质要求的提升，汽车对排气噪声的要求也相应的越来越高。在汽车内燃机消音器的设计和制造时，吸声降噪是噪声控制中很重要的一个手段。如何实现良好吸声降噪，达到最佳的消音效果和最小的功率损失比，一直是内燃机消音器设计和制造领域的研究课题。吸声材料和吸声结构的种类很多，一般可分为单层吸声材料和多层吸声材料，它们都是被动吸声；而有别于被动吸声的主动吸声方法是从噪声传播途径上和受声体进行控制，它的控制目标是使入射声波的反射系数很小或接近于零，形成“黑洞”现象，使得吸声系数达到最大，从而达到吸声降噪的目的。与传统的吸声降噪技术相比，主动吸声技术可使吸声系数根据外界噪声的变化而变化，实现噪声的主动控制。

主动吸声的智能材料主要有压电材料和磁流变液。压电材料主要利用压电效应，根据入射声波的频率，在压电材料表面形成电荷，将声能转化为电能，达到主动吸声的目的；磁流变液具有优异的可控性能，通过磁场的作用其粘度、场致微结构等易形成梯度变化，使声波能够无反射的进入吸声材料，而且由于材料本身的粘性和微结构，可导致声波多次反射，多次吸收，最终将声能转化为热能，使得声波在其中能够迅速衰减，因此，磁流变液场致微结构可实现梯度变化，易于形成梯度阻抗，给主动智能吸声提供了一个新的视角。

发明内容

针对现有汽车内燃机消音器消音方面所存在的问题，本发明提出一种具有压电发电功能的汽车内燃机用磁流变消音器，本发明采用的实施方案是：包括中空的筒体，沿筒体一端偏离轴线的位置设有进气管，沿筒体另一端轴线的位置设有出气管；筒体包括壳体和固定体，固定体上开有若干圆柱孔，圆柱孔内设有磁锥；磁锥由圆柱形永磁体和被磁化后覆盖在永磁体上的圆锥形磁流变液组成；筒体内由左隔板和右隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，进气管与第一腔体相通，出气管与第三腔体相通；左隔板和右隔板上均布地开有左流通孔和右流通孔；第二腔体内设有与筒体同轴的转轴，转轴两端通过滚动轴承安装在左隔板和右隔板上，左隔板和右隔板两端面上设有密封轴承的端盖，第二腔体内的转轴上安装有发电单元；转轴左端伸入到第一腔体内并在细轴的轴肩上通过螺钉均布地安装有风扇叶片，风扇叶片由压电晶片和金属基板粘接而成；发电单元内设空腔，转轴在空腔内的左中部均布设有沿径向凸出的左凸条，转轴在空腔内的中右部均布设有沿径向凸出的右凸条，左凸条和右凸条沿转轴外圆交错设置，左凸条和右凸条横截面一致，同为半圆形；发电单元包括并列设置在左隔板和右隔板之间的左极和右极、压电叠堆、蝶形弹簧、左活塞、右活塞；左极和右极为圆环形，左隔板、左极、右极和右隔板固定为一体；左极上开有至少一个圆柱形左孔，每个左孔内设有与转轴上左凸条接触的左活塞，左活塞通过蝶形弹簧将压电叠堆压在左孔底面上；右极上开有与左孔数量相等的圆柱形右孔，每个右孔内设有与转轴上右凸条接触的右活塞，右活塞通过蝶形弹簧将压电叠堆压在右孔底面上。

本发明中，为提高风扇叶片的吸音降噪能力，风扇叶片与转轴的细轴的轴肩通过螺钉连接，并与轴向成一定的倾斜角β(类似电风扇叶片倾斜角)，风扇叶片倾斜角为β＝110°，风扇叶片为弯曲的彩虹型结构，压电晶片的曲率半径小于金属基板的曲率半径，压电晶片厚度为0.15～0.3mm的PZT4，金属基板为铍青铜，金属基板与压电晶片的厚度之比为1～2.5，此时风扇叶片的吸音降噪能力较强。