某車型排氣消聲器的NVH問題排查及設計改進

田靜

（江淮汽車股份有限公司技術中心，合肥 230601）

某車型排氣消聲器的NVH問題排查及設計改進

田靜

（江淮汽車股份有限公司技術中心，合肥 230601）

某款車型怠速N擋、D擋車內后排噪聲偏高，220 Hz處存在噪聲峰值，經排查為排氣消聲器在220 Hz處傳遞損失不足引起。通過GT-POWER軟件對排氣消聲器進行建模，分別對腔體的形狀、容積、出氣管內插管長度、管壁的穿孔數及穿孔率等進行分析，最終找到導致220 Hz處傳遞損失不足的原因為進出氣口端的小孔。取消小孔后220Hz處傳遞損失大幅提升，車內后排噪聲峰值消除。

主題詞:排氣消聲器 NVH 傳遞損失

1 前言

汽車排氣系統的作用是盡可能減小排氣阻力和噪聲，將氣缸內的廢氣排到大氣中。排氣有一定的能量，且由于排氣的間歇性，在排氣管內引起排氣壓力的脈動。而排氣消聲器的作用就是通過逐漸降低排氣壓力和衰減排氣壓力脈動來消減排氣噪聲[1]。所以，排氣系統尤其是排氣消聲器的設計、問題排查及改進在整車NVH中尤為重要。

2 排氣消聲器NVH問題的出現及原因排查

2.1 NVH問題的出現

本公司某款自動擋車型在開發過程中怠速N擋、D擋車內噪聲偏大，其中25 Hz、50 Hz、75 Hz及后排的220 Hz均存在噪聲峰值（見圖1），所測噪聲為后排右乘員內耳噪聲。

圖1 該車型怠速N擋、D擋車內噪聲數據

2.2 NVH問題的排查

25 Hz、50 Hz、75 Hz對應發動機的2階、4階、6階振動，經排查為發動機前后懸置引起。后排的220 Hz噪聲峰值通過排氣口接大消聲器排查后，車內后排噪聲下降1～3 dB（A），220 Hz峰值處噪聲下降15 dB（A），由此判斷車內后排的220 Hz噪聲峰值為排氣消聲器引起。排氣口接大消聲器前、后車內后排噪聲如圖2所示。

圖2 排氣口接大消聲器前、后車內后排噪聲

3 排氣消聲器的改進

通過用GT-POWER軟件對排氣消聲器建模，模型如圖3所示。對模型進行傳遞損失分析，結果如圖4所示。可知，排氣消聲器在220 Hz附近傳遞損失較低，僅為18 dB，不滿足大于20 dB的一般設計要求，從而導致車輛后排在220 Hz左右出現噪聲峰值。

圖3 排氣消聲器GT-POWER模型

圖4 排氣消聲器傳遞損失分析

排氣消聲器的改進一般從消聲器截面形狀、隔板位置、腔體長度、容積大小、內插管長度、穿孔孔徑、穿孔率、吸聲材料的特性（吸音棉密度）等方面考慮。

3.1 消聲器腔體形狀、容積分析

由于目前220 Hz噪聲問題主要體現在中低頻，消聲器中低頻噪聲主要依靠抗性消聲原件進行消除[2]。對原消聲器內部流動空間進行建模分析，去掉進出氣管路上兩段阻性玻璃纖維，其模型如圖5所示。對消聲器3個腔體拆解并分別計算傳遞損失，以查找造成220 Hz處傳遞損失較低的原因，拆分后3個腔體模型及傳遞損失如圖6和圖7所示。經過建模分析，3個抗性消聲器殼體在220 Hz左右并無通過頻率，傳遞損失滿足設計要求。由此可見，排氣消聲器的3個腔體的形狀、容積比較合理，并不是產生220 Hz噪聲峰值的原因。

圖5 阻性玻璃纖維去掉后消聲器模型

圖6 消聲器3個腔體模型

圖7 排氣消聲器殼體拆分后的傳遞損失分析

3.2 消聲器內插管長度分析

對于赫姆霍茲消聲器，傳遞損失最大值所對應的頻率會隨著連接管的長度增加而減小[3]，因此調整殼體1內的出氣管內插管長度，延長200 mm，其模型如圖8所示。內插管長度延長后經過CAE分析，其峰值并沒有移頻向低頻，220 Hz附近的傳遞損失仍然較低，并無改善，傳遞損失分析如圖9所示。

3.3 消聲器穿孔數分析

穿孔消聲器的傳遞損失及頻率與穿孔的直徑和面積有關，如果孔的直徑非常小（一般要求小孔孔心距為孔徑的5倍以上，各孔間的聲輻射互不干涉），則穿孔消聲器就相當于一個赫姆霍茲消聲器，這些小孔相當于赫姆霍茲消聲器中的連接管。如果小孔的面積較大，其功能就是一個擴張消聲器。目前消聲器殼體2中的穿孔孔徑為8 mm，孔數38，穿孔率約為38%，可以近似看成擴張腔。調整消聲器殼體2中穿孔數及其排列（圖10），更改孔數為20，穿孔率為25%，發現860 Hz處的峰值消失，但是220 Hz處的較低傳遞損失并未發生移頻（圖11），可見調整穿孔數對于改進220 Hz處的傳遞損失亦無改善（傳遞損失分析在出氣管內插管延長基礎上進行，對結論無影響）。

圖8 延長內插管長度后模型

圖9 延長內插管后消聲器的傳遞損失分析

圖10 調整穿孔數及排列后殼體2模型

圖11 調整穿孔數后消聲器的傳遞損失分析

3.4 消聲器進出氣口開孔通過聲分析

通過以上對抗性消聲元件的改進分析，220 Hz處的傳遞損失并無改進，考慮220 Hz噪聲可能為排氣消聲器通過聲，因此去除消聲器進出氣口兩端的開孔，模型如圖12所示。去除開孔后消聲器的傳遞損失分析如圖13所示。可知，220 Hz處的傳遞損失大幅提升，而其它頻率的傳遞損失變化不大。由此確認220 Hz處的噪聲為排氣消聲器的通過聲。制作改進后的排氣消聲器樣件并裝車測試驗證，經測試得到去除排氣消聲器兩端開孔后怠速N擋、D擋車內后排噪聲如圖14所示。可知，安裝去除進出氣口兩端開孔的消聲器后，怠速N擋時車內后排噪聲下降1.2 dB（A），220 Hz處噪聲峰值下降4.4 dB（A）；怠速D擋車內后排噪聲下降3.2 dB（A），220 Hz處噪聲峰值下降7.2 dB（A）。通常消聲器進出氣管管子過長可能產生氣柱共振而產生噪聲，開孔可以避免該問題，而文中車型取消兩端開孔后并未產生氣柱共振，最終采用此改進方案。

圖12 去除進出氣口兩端開孔后模型

圖13 去除開孔后消聲器的傳遞損失分析

圖14 去除開孔后怠速N擋、D擋車內后排噪聲

4 結束語

針對某車型排氣消聲器在220 Hz附近傳遞損失不足而引起怠速N擋、D擋車內后排噪聲偏高的問題進行研究。通過GT-POWER軟件對排氣消聲器進行建模，分別對腔體的形狀、容積大小、出氣管內插管長度、管壁的穿孔數及穿孔率等進行分析，最終找到導致220 Hz處傳遞損失不足的原因為進出氣口端的小孔使消聲器產生通過聲。取消小孔后，220 Hz附近傳遞損失大幅提升，車內后排噪聲峰值消除。

1 陳家瑞.汽車構造（上冊）.北京：機械工業出版社，2009.

2 龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動：理論與應用.北京理工大學出版社，2006.

3 李洪亮，王務林，王太勇.汽車排氣消聲器的降噪優化設計.噪聲與振動控制，2007（3）：89～92．

4 陳永新，陳劍，饒建淵.汽車排氣消聲器的消聲性能研究.汽車工程，2009（4）：381～384．

（責任編輯 晨 曦）

修改稿收到日期為2016年5月1日。

NVH Troubleshooting and Design Improvement of a Vehicle’s Exhaust Muffler

Tian Jing
（Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei 230601）

The exhaust noise of rear seat of an idling vehicle at Neutral and Drive was high,there was a noise peak at 220 Hz,after troubleshooting,it was found the noise was caused by insufficient transmission loss of exhaust muffler at 220 Hz.The exhaust muffler was modeled using GT-POWER software,in which the cavity’s shape,volume,length of outlet pipe’s internal intubation,perforation number and perforation rate of tube wall were analyzed separately,and it was found low transmission loss at 220 Hz was caused by the small holes on the inlet and outlet.After the cancellation of the small holes,transmission loss at 220 Hz increased significantly,and the noise peak at the rear seat was eliminated.

Exhaust muffler,NVH,Transmission loss

U461.4

A

1000-3703（2016）11-0005-03