汽车排气消声器发展的研究

摘 要：汽车噪声的来源主要是发动机噪声，而在发动机噪声中，排气噪声是主要的噪声来源，使用消声器是降低发动机排气噪声的有效途径。排气消声器随着科技的进步也在不断的发展，其设计方法也在不断的创新。

关键词：消声器；汽车噪声；噪声控制

1 汽车噪声的来源

汽车噪声由多个声源产生，而其中影响较大的声源有，发动机自身噪声和其振动所致的噪声；汽车在行驶过程中，地面和汽车相互作用产生的噪声；汽车在速度较快时，空气所致的噪声。在发动机低转速运转时，发动机的噪声是在整车噪声中最主要的噪声，因此降低汽车噪声，首先要降低发动机噪声。

发动机噪声的声源并不是单一的，它们主要有机械部件运转产生的噪声，进、排气噪声，风扇运转产生的噪声，燃料燃烧时的噪声等。其中最主要的噪声来源为排气噪声，因此降低排气噪声，即可很好的降低发动机的噪声，这样一来，就可以有效的降低汽车噪声。目前，利用消声器降低排气噪声是降低发动机噪声的便利方法。

2 汽车排气消声器在国内外的发展状况

目前汽车上使用的消声器主要有无源消声器和有源消声两种类型。在无源消声器中，最常用的为抗性消声器，主要利用声音在共振室和扩展腔里反复衰减而降低噪声。此外，阻性消声器和阻抗复合型消声器也经常被使用在汽车上。阻性消声器的降噪原理与抗性消声器不同，阻性消声器主要是利。阻抗复合型消声器是将阻性消声器和抗性消声器合理组合，来实现消声的。

有源消声器利用声波干涉的原理来降低噪声，需要在原声场中引入次级声源，使其与原声源相互作用，而降低噪声，它是噪声主动控制的一种形式。

3 消声器的研究方法和设计方法

科技的进步带动了各行业的迅速发展，消声器的研究设计方法也一样，从最初的手工分析法，不断的发展为现在的计算机辅助设计。最初在二十世纪二十年代的早期，美国的Stewart首先提出了消声器的研究设计理论，这一理论被人们称为抗性声滤清器理论。在四十年代中期，消声器的设计中引入了数学方法，蔡超通过数学矩阵计算出了消声器的声学传递矩阵。在五十年代中期，Davis在截面突变处声压和体积振动速度的连续性和一维波动方程的理论基础上，分析计算得出了膨胀腔和侧支共振的特性。到了五十年代的后期，Igarashi在研究设计中引入了四端网络原理，他利用等效电路法，研究出消声器的传递特性，并利用四级参数矩阵的形式加以表示。经过十几年的不断研究、总结和创新，消声器的设计中引入了线性声波法，这类分析法在计算分析中考虑了气流的影响，又一次的提升了消声器的理论研究层面，同时也迫使试验方法的改变，从而使实验数据的精确度变得更高，与实际情况更吻合。

到了七十年代中期，一维平面波理论的局限性凸现出来，有限元的设计理念也开始萌生，二维和三维的分析方法也开始被应用。到了1975年，Crocker与Young，计算分析了消声器的传递损失，他们此次的分析采用了有限元的理论。后来边界元法也加入了消声器的设计中，虽然边界元法可以缩短计算的时间，但计算结果的精度不高。八十年代的三维有限元分析法已基本成熟，Prasad模拟分析了消声器的声学性能，通过试验的对比，两者基本吻合，这也意味着消声器设计方法的又一次突破。

从上世纪九十年开始到现在，科技的迅猛发展推动了计算机的迅速升级，同时也带动了设计软件的迅速发展。UG、AutoCAD、Ansys和HyperMesh等建模软件相继出现；SYSNOISE、GT-POWER和LMS Virtual.Lab Acoustics等分析软件的出现，为消声器的设计提供了更精确有效的仿真途径。1995年，Chao-Nan Wang与H.Luoetal利用边界元法研究了穿孔插入式消声器，并计算了该消声器的传递损失。1996年，高宗英与王诗恩通过一维波动方程分析计算了消声器的通过特性，并且此次研究考虑气流和声源的影响。到了1997年，M.L.Munjal 利用平面波法分析得出插出和插入式消声器的传递特性，同时又研究分析了侧面插出和插入式消声器。到了1998年，胡立臣在六类消声单元传递特性的基础上，创建了数学模型，以表示消声量。何天明和郑泽红在1999年优化了NJD433A柴油机的消声器，他们此次研究使用了传递矩阵法；郝民同年也建立参数较为详细的消声器模型。到了2000年，在加入气流与温度的前提下，唐永琪研究了气流的影响，此次对消声器的研究使用了三维图谱法。丁万龙在2003年研究了摩托消声器的性能，他不但使用了边界元法，通过与试验进行了对比，两者结果基本一致。目前，在消声器的设计中，建模仿真技术已被广泛应用，它不但可以大大缩短设计周期，还可以提高设计过程中的精准度。

4 消声器的材料

随着汽车行业的发展，消声器的制造材料也在不断的变化。在汽车上使用消声器的初期，消声器主要采用镀锌铝和普通钢来制造。后来汽车排放受到了限制，而发动机的性能又进一步提升，因此，抗腐蚀性强且耐高温的镀铝钢取代了之前的廉价材料，用于生产消声器。后来，人们对汽车尾气有了新的要求，三元催化器加入到了排气系统，这对消声器的材料有新的要求，不锈钢开始运用到了消声器的制造中来。目前的不锈钢有很多种类，不同的国家采用的不锈钢也有所不同，这主要由于不同国家或地区对汽车噪声级别的限制不同所造成的。

参考文献

[1]刘剑，罗红，邓兆祥，等.汽车排气消声器的实验与改进设计[J].重庆大学学报，2003，26（3）.

[2]范钱旺，石玲，等.汽车排气消声器的试验研究及频谱分析[J].汽车技术，2008，7.

[3]刘鹏飞，毕传兴.汽车消声器声学特性及流场特性数值分析[J].噪声与振动控制，2009，4.

[4]韦玲.4100QB发动机消声器的排气管声学特性仿真分析及试验

研究[D].昆明：昆明理工大学.

[5]孙乙力.基于GT-POWER的抗性排气消声器分析及试验研究[D].昆明：昆明理工大学.

[6]刘海军.4100QB发动机排气消声系统匹配的声学特性分析及试

验研究[D].昆明：昆明理工大学.