消聲器的改進(jìn)設(shè)計(jì)

李偉艷

【摘 要】在驗(yàn)證了發(fā)動(dòng)機(jī)工作模型和消聲器性能分析模型正確性的基礎(chǔ)上，運(yùn)用仿真模擬技術(shù)，對(duì)原消聲器進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，在保持壓力損失變化不大的前提下，降低尾管噪聲值，提高插入損失，進(jìn)一步改善其消聲性能。

【關(guān)鍵詞】

一、消聲器改進(jìn)模型

由分析可知，相對(duì)于中低頻的消聲量，其高頻消聲效果相對(duì)較差，可以通過(guò)改進(jìn)副消聲器的有效吸聲長(zhǎng)度來(lái)增加高頻的消聲量，同時(shí)適當(dāng)?shù)臏p小穿孔的孔徑，但要避免過(guò)大減少孔徑而使得氣流再生噪聲增大；對(duì)主消聲器內(nèi)插管上的穿孔做局部調(diào)整，在保持穿孔孔徑不變的情況下，減小穿孔率，但增加有效穿孔長(zhǎng)度[45]。保持消聲器外形和體積不變，將消聲器改為三腔，通過(guò)隔板穿孔以及內(nèi)插管穿孔來(lái)提高整個(gè)寬頻范圍內(nèi)的消聲效果，同時(shí)該措施對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響不大，可避免壓力損失的過(guò)分增大。消聲器的改進(jìn)模型如圖1-1所示。

保持消聲器體積不變（20.5L），進(jìn)出口管直徑均為55mm；在兩個(gè)內(nèi)插管上各增加一段穿孔管，穿孔管長(zhǎng)度均為60 mm，進(jìn)出口管的孔徑為3mm；隔板穿孔孔徑為3mm。圖5-2為改進(jìn)消聲器的離散化模型。

排氣消聲器采用擴(kuò)張室的較多，但單級(jí)擴(kuò)張室式消聲器難以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)排氣消聲量要求，因此多數(shù)采用多級(jí)擴(kuò)張串接形式，實(shí)踐證明，級(jí)數(shù)越多，消聲量越大，并且對(duì)高頻部分的消聲效果越顯著。然而當(dāng)級(jí)數(shù)超過(guò)3級(jí)時(shí)，每增加一級(jí)，消聲量增加并不顯著。而級(jí)數(shù)越多時(shí)，排氣背壓越大，造成的功率損失就越大且結(jié)構(gòu)越復(fù)雜。因此，級(jí)數(shù)以2～4級(jí)為宜。本消聲器改進(jìn)設(shè)計(jì)為3級(jí)。

所改進(jìn)設(shè)計(jì)的消聲器實(shí)體結(jié)構(gòu)如下圖所示：

二、改進(jìn)消聲器與原型消聲器對(duì)比

（一）尾管噪聲值對(duì)比

將改進(jìn)的消聲器模型與發(fā)動(dòng)機(jī)模型進(jìn)行耦合，并與之前的消聲器模型進(jìn)行比較，如圖5-3所示。從圖中可以看出，改進(jìn)后中高轉(zhuǎn)速時(shí)尾管噪聲值有一定的降低，在5000r/min時(shí)降低量達(dá)到5dB（A），且低轉(zhuǎn)速時(shí)，消音量幾乎保持不變。

（二）插入損失對(duì)比

將改進(jìn)的消聲器模型與插入損失仿真模型進(jìn)行耦合計(jì)算，得到改進(jìn)消聲器的插入損失，與原型消聲器進(jìn)行對(duì)比，如圖5-4所示。改進(jìn)前后的空管時(shí)尾管噪聲值是一樣的，因此改進(jìn)前后插入損失的對(duì)比也就是改進(jìn)前后帶消聲器時(shí)尾管噪聲值的對(duì)比。從圖中可以看出，改進(jìn)后插入損失在中高轉(zhuǎn)速下有明顯的提高，在5000r/min時(shí)插入損失提高4dB（A），中低轉(zhuǎn)速變化不大，不超過(guò)1dB（A）。

（三）壓力損失對(duì)比

將改進(jìn)的消聲器模型與壓力損失仿真模型進(jìn)行耦合計(jì)算，得到改進(jìn)消聲器的壓力損失，與原消聲器進(jìn)行對(duì)比，如圖5-5所示。從壓力損失對(duì)比圖中看改進(jìn)消聲器的壓力損失與原消聲器變化不大，在轉(zhuǎn)速為5500r/min時(shí)，壓力損失僅增加2kPa，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)功率影響較小[44-45]。相對(duì)于消聲性能的提高，改進(jìn)消聲器的壓力損失的略微增大可以接受。因此，改進(jìn)方案在保證壓力損失滿足設(shè)計(jì)要求的前提下使插入損失更大，較好的滿足了消聲器高轉(zhuǎn)速下的消聲量指標(biāo)。

三、小結(jié)

本文通過(guò)分析原消聲器基于轉(zhuǎn)速的插入損失來(lái)了解其消聲特性，發(fā)現(xiàn)該款消聲器在中高速范圍內(nèi)的消聲效果相對(duì)較差，從而確立增加中高速的消聲性能為此次改進(jìn)的主要目標(biāo)。

考慮到壓力損失和保持原消聲器容積不變，采取內(nèi)插管穿孔和隔板穿孔的改進(jìn)措施。計(jì)算改進(jìn)后的消聲器的尾管噪聲值、插入損失和壓力損失，并與原消聲器進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在中高頻率段上消聲效果有了明顯提高。并對(duì)比改進(jìn)前后消聲器的壓力損失進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的消聲器壓力損失略微增大，綜合考慮消聲效果和壓力損失，此次改進(jìn)是十分有效的，基本達(dá)到了預(yù)期改進(jìn)目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黎志勤，黎蘇. 汽車(chē)排氣系統(tǒng)噪聲與消聲器設(shè)計(jì)[M] . 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1991.

[2]宋家秋.消聲器設(shè)計(jì)原理：[碩士學(xué)位論文].山東：山東工業(yè)大學(xué)，1999