汽車排氣系統噪音與振動的控制

李國偉（卡特彼勒(青州)有限公司青島研發中心　,北京　102200）

汽車排氣系統噪音與振動的控制

李國偉
（卡特彼勒(青州)有限公司青島研發中心,北京102200）

本文針對某汽車產品的排氣系統造成與振動現象進行分析，通過一系列的研究找到導致系統產生振動和噪聲的來源，基于汽車出現噪聲和振動的愿意提出降低汽車排氣系統噪聲與振動的有效措施。

汽車；排氣系統；噪聲源；振動源某新品汽車與剛上市階段，顧客普遍反映汽車的駕駛室中有較大的振動噪聲，研究人員經過測試，發現怠速駕駛員的耳邊噪聲達到54dB，而市場上的同車型汽車產生的噪聲僅為43dB左右，更小的在40dB以下。為了改善客戶的使用體驗，必須對振動噪聲進行處理。測試人員對這樣的狀況進行系統的分析，發現汽車的NVH狀況不但和發動機、排氣系統的振源有著明顯的關系，還與這些振源的懸掛隔震能力有著明顯的相關性，與汽車車身的結構也存在一定聯系，因此試驗人員對其進行逐一的分析和排查，排氣系統產生的震動噪聲是主要噪聲源，要解決車輛的噪聲問題，首先需要對排氣系統進行改善。

1　汽車的排氣系統

排氣系統指的是從汽車發動機排氣歧管到尾管之間各個零部件的組合，其功能主要是進行廢氣的處理和噪聲的減弱。通過分析，汽車的排氣系統對于車輛NVH產生的影響主要有兩種：第一是排氣系統產生振動，通過吊掛傳遞到駕駛室當中；第二是排氣系統產生的噪聲，會通過空氣傳播到駕駛室當中。需要進行分開處理。

2　汽車排氣系統的噪聲源與解決方式

2.1排氣系統的噪聲源

通過分析論證發現汽車排氣系統的噪聲源主要有空氣噪聲、沖擊噪聲、氣流摩擦產生的聲音以及輻射噪聲等。空氣噪聲是指汽車發動機在運動過程中，由于壓力波在排氣管道中傳播而造成的，空氣噪聲的大小取決于排氣管道的直徑，當氣流量一定時，管道的直徑越大產生的空氣噪聲就越穩定；而沖擊噪聲是由于不穩定的氣流沖擊管道形成的，加入排氣歧管的彎曲幅度不夠，那么產生的氣流就會非常大，也就會出現噪聲；氣流摩擦的噪聲是應為氣體流動速度非常高的情況下，傳遞到尾管的時候就會發出巨大的噪聲；輻射噪聲則是由于排氣管道中中的消聲原件受到影響后出現震動，從而出現噪聲。

2.2排氣系統噪聲的解決方式

通過對噪聲產生原因的分析，基于對某汽車拍題系統的分析研究之后從以下三個方面進行改造：首先是將消聲器的容積增大，改變其結構。某汽車的原消聲器由于跑道型的穿孔前消聲器以及赫姆霍茲消聲器組合形成，總消聲的容積為11.9L，通常認為總消聲容積應該超出發動機排量的10倍，因此在論證之后將前消聲器進行改造，將原來的跑道型改變為原來的旋壓圓形，同時將其長度增加，容積增加1L。后消聲器在原來姆霍茲消聲器的基礎上增加吸聲材料并將單層的外殼改成雙層外殼。隨后對汽車尾管的長度以及形狀進行改造，尾管產生的噪聲是一種脈動噪聲，由空氣噪聲和氣流摩擦噪聲兩種形式組合而成，某汽車的原尾管向地面彎曲直接排向地面。在改進之后尾管的長度減少，是排氣的方向由下方變成后方，經過多次試驗證明，駕駛過程中產生的噪聲出現很大程度的減弱，改善效果非常明顯。

3　汽車的振動源與解決方式

3.1汽車的振動源

在研究過程中找到某汽車的發動機的噪聲源一共有4個，分別為發動機的機械振動、氣源發生沖突、聲波激勵以及陳體振動。首

先是發動機的機械振動，由于排氣系統與發動機是直接先練的，所以發動機的震動就會直接傳遞給排氣系統，其振動非常明顯；第二是發動機產生氣流沖擊，高速的氣流通過氣缸排出，就會直接對排氣歧管造成沖擊，進而造成排氣系統的振動。尤其是發生很大的轉變的時候，氣流進入到汽車的排氣系統中，在管道中發生很大的紊流，造成排氣管道出現很大的振動；此外聲波會在汽車排氣系統的管道中運動，在這一過程中會對消聲元件結構產生很大的沖擊力，進而出現振動，這樣的振動會隨著掛鉤傳遞到汽車車身當中；最后是車體產生的振動，車身的振動會通過掛鉤等船體，當傳遞到發動機之后會增加其振動。根據這樣的研究能夠發現，汽車排氣系統中振動的主要傳遞途徑就是掛鉤，所以掛鉤的選擇和位置安裝對于整個汽車的振動具有重要影響。

3.2降低汽車排氣系統振動的措施

技術工作人員首先對汽車的排氣系統進行模態分析，將其分為多個點，然后使用單點激勵多點的試驗方式，激勵點選擇在汽車的排氣系統與發動機排氣歧管的斷面，然后根據借宿傳感器對振動加速度進行測量。根據測試結果可知汽車排氣系統的模態，以及前三節模態下會出現發動機工作過程中出現一階頻率激勵吻合的現象，進而發生發動機與汽車排氣系統的共振。排氣系統和發動機排氣歧管之間的連接安裝面的模態動剛度都非常詫異，特別是在排氣系統的兩個拐角的地方振型非常大，為了避免由于振型而造成的噪聲，技術人員決定使用以下技術手段：首先，為了將發動機產生的振動與車體隔離，在三元催化器的前方增加軟波紋管，使發動機向配齊系統后部的傳遞發生衰減，這一過程中要求波紋軟管盡可能的更長；為了保證排氣系統實現相對自由的懸吊，避免安裝過程中出現別死的狀況，能夠讓懸吊的彈性更佳，對于減少排氣系統的振動和噪聲具有非常重要的作用。懸掛點的位置要合適，但是數量不能太多，避免即將懸掛點布置在出現較大振型的地方，更合理的選擇是：布置三個懸掛點分別在消聲器模態較小的點附近、以及后消聲器的前后兩端；懸吊點與車體對應的部位要具有較大的剛度，所以安裝對應安裝的位置要適當提高剛度，并加設更寬的托班。為了提高減震的效果，注意在前消聲器附近的懸掛點使用兩側懸吊的方式。

4　結束語

通過研究和分析某汽車排氣系統振動噪聲的原因，在進行實驗改進之后多次測試汽車的車內噪聲，由原來的54dB減少到46dB，再加上之后改造汽車發動機排氣系統的懸掛系統，車內的噪聲進一步下降帶43dB,整體下降非常明顯，達到了預期的效果，基本上以及能夠滿足國內同類型汽車的要求，為今后的工作提供了非常寶貴的經驗。

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