内燃机排气消声系统结构参数对噪声影响的研究

【摘 要】：针对目前汽车噪声对汽车技术以及环保的影响，本文阐述了内燃机排气消声系统主要结构参数包括消声器长度和直径、容积比和长径比、尾管、隔板、穿孔管、内插管对噪声的影响性能。

【关键词】汽车排气系统 消声系统 汽车技术 噪声

引 言

随着汽车技术的不断进步和人类对环境保护的日益重视，汽车噪声控制已成为汽车技术以及环保研究中的一项十分重要的课题。发动机噪声是汽车噪声的主要声源，积极开展发动机的主要噪声源及其降噪措施的试验研究工作，尽快把我国的汽车噪声指标提高到世界先进水平是十分重要的。早在1909年，汽车制造商就开始解决汽车噪声问题。虽然排气背压的增加要牺牲发动机的功率，但是人们还是在汽车上安装了排气消声器。使用消声器能降低汽车整体噪声，而且与控制其它噪声相比，也往往是最有效和最经济的手段。

在目前日益严格的环境噪声控制法规下，针对微型汽车的特点，开发消声性能良好、结构可靠、成本低廉的排气消声系统成为汽车零部件企业重要任务之一[1]

1内燃机排气噪声研究现状

一般说来，内燃机噪声中排气噪声是主要的噪声源。内燃机排气噪声研究涉及到气体流动、传热、振动、声学以及发动机的性能等学科，具有相当的难度和复杂性。多年以来，人们进行了各种结构的声波传递特性的理论探索。五十年代起开始建立无气体流动条件下各种消声结构声波传递特性的理论公式，六十年代末解决了声波与流动的相互作用，七十年代才逐步建立起考虑流动的声波传递特性的理论计算问题，到了七十年代末、八十年代初，研究对象才渐渐发展到复杂的消声器元件。

在消声器研究方面，国外科技人员所做的工作较多。美国从五十年代开始研究形状简单、气流速度不十分高的排气消声器，目前已有比较成熟的理论计算和产品设计方法。英国的里卡多公司则将消声器的设计计算方法编成专用的计算机程序，只要将结构尺寸和表示其结构特征的原始参数输入计算机，就可得到该消声器的降噪衰减量。

国内对汽车排气噪声的研究比较晚，直到1979年我国颁布执行机动车辆噪声标准后才开始进行，并且工作重点侧重于试验研制。理论研究方面，中国科学院、北京市劳动保护科学研究所在微穿孔消声理论上做了一些工作。总的说来，我国的噪声控制工作还处于初级阶段，要在汽车产品上实现排气噪声的有效控制，就必须结合发动机的特性进行研究，只有了解了排气噪声的产生机理和特性，才能充分发挥消声器的降噪作用[2]。

2内燃机排气消声系统结构参数对噪声的影响

内燃机排气消声系统的结构参数主要包括消声器的长度和直径、消声器的容积比和长径比、消声器

2.1消声器长度和直径

若消声器直径不变， 改变消声器长度， 由图1a 可以看出： 随着消声器长度的增加， 在125 ～2KHz 之间，消声量增大。若消声器长度不变，改变消声器直径， 由图1b 可以看出：随着消声器直径的增加，在2KHz 以下，消声量增大[3]。说明消声器越短粗，最大消声量大，高频效果消声好，但是低频消声效果差。消声器越吸细长，高频效果差，低频效果好。

a 长度的影响 b 直径的影响

图1 消声器长度直径对消声特性的影响

2.2消声器容积比和长径比

将不同的消声器容积比与长径比相组合， 得到不同形状的消声器，随着消声器容积比的增加， 消声量增大， 但选择不同的长径比，消声量增加的趋势和幅度有所不同。

2.3消声器尾的长度和直径

尾管直径适当减小时， 相当于扩张比增大， 管壁处的声能损失增加，在125 ～2KHz 之间消声量增大，消声器的消声性能越好。但尾管直径若是太小，气流速度很大，使再生气流噪声抵消甚至超过了扩张比增大的效果，性能恶化，消声量反而会减小。尾管长度增加，使排气噪声的共振频率向低频方向移动，因此低频部分的消声量增大。一般来说为了获得良好的消声效果，低速时采用细而长的的尾管，高速时采用粗而短的尾管。

2.4隔板

消声器隔板对消声特性的影响包括两个方面，即隔板位置和隔板数。

隔板从中间位置后移，则第一腔的容积增大，使进入此腔的气流稳定，在一定程度上起到了阻止气流噪声的形成，消声效果较好。增加隔板数后，就增加了一定的声阻抗，每个腔都具有一定的消声量，多腔消声量的叠加比单腔消声量大，因此，多重隔板具有较大的消声量。

2.5穿孔管

穿孔管对消声特性的影响主要有穿孔直径和穿孔率。一般随着穿孔直径增加，则穿孔阻抗增加，消声量也增大，消声性能也增强。随着穿孔率的增大，扩张效果增强而共振效果减弱，使得低频部分消声量增大而高频部分消声量减小。

2.6内插管

内插管对消声特性的影响主要是前、后插管长度的选择及匹配。对于前、后均有插管的情形，其前后插管的长度不宜相等，且使后插管的长度短于前插管为好[4]，，使得消声器的消声性能增强。

3 总结

消声系统管道参数对排气噪声的消减有着显著的作用，要想达到理想的消声性能，不仅要正确选择其结构组成，还要重视尺寸、参数的变化对其的影响。只有在掌握基本设计方法的同时，运用计算机进行较准确的预测，才能收到事半功倍的效果。

参考文献：

[1]孟进，韩国华，袁卫平，叶怀汉.单缸柴油机排气系统声学性能的仿真[J].内燃机工程，2006年03期.

[2] 刘晓玲.汽车排气噪声特性分析及控制现状[J]. 四川工业学院学报， 1997，16 ⑶

[3] 刘剑.汽车排气消声器的实验与改进设计[J].重庆大学学报，2003，26 ⑶

[4] 葛蕴珊，张宏波.基于发动机热力过程的汽车排气消声器设计J]. 汽车工程， 2004，26 ⑶