汽車排氣消聲器發展的研究

摘 要：汽車噪聲的來源主要是發動機噪聲，而在發動機噪聲中，排氣噪聲是主要的噪聲來源，使用消聲器是降低發動機排氣噪聲的有效途徑。排氣消聲器隨著科技的進步也在不斷的發展，其設計方法也在不斷的創新。

關鍵詞：消聲器；汽車噪聲；噪聲控制

1 汽車噪聲的來源

汽車噪聲由多個聲源產生，而其中影響較大的聲源有，發動機自身噪聲和其振動所致的噪聲；汽車在行駛過程中，地面和汽車相互作用產生的噪聲；汽車在速度較快時，空氣所致的噪聲。在發動機低轉速運轉時，發動機的噪聲是在整車噪聲中最主要的噪聲，因此降低汽車噪聲，首先要降低發動機噪聲。

發動機噪聲的聲源并不是單一的，它們主要有機械部件運轉產生的噪聲，進、排氣噪聲，風扇運轉產生的噪聲，燃料燃燒時的噪聲等。其中最主要的噪聲來源為排氣噪聲，因此降低排氣噪聲，即可很好的降低發動機的噪聲，這樣一來，就可以有效的降低汽車噪聲。目前，利用消聲器降低排氣噪聲是降低發動機噪聲的便利方法。

2 汽車排氣消聲器在國內外的發展狀況

目前汽車上使用的消聲器主要有無源消聲器和有源消聲兩種類型。在無源消聲器中，最常用的為抗性消聲器，主要利用聲音在共振室和擴展腔里反復衰減而降低噪聲。此外，阻性消聲器和阻抗復合型消聲器也經常被使用在汽車上。阻性消聲器的降噪原理與抗性消聲器不同，阻性消聲器主要是利。阻抗復合型消聲器是將阻性消聲器和抗性消聲器合理組合，來實現消聲的。

有源消聲器利用聲波干涉的原理來降低噪聲，需要在原聲場中引入次級聲源，使其與原聲源相互作用，而降低噪聲，它是噪聲主動控制的一種形式。

3 消聲器的研究方法和設計方法

科技的進步帶動了各行業的迅速發展，消聲器的研究設計方法也一樣，從最初的手工分析法，不斷的發展為現在的計算機輔助設計。最初在二十世紀二十年代的早期，美國的Stewart首先提出了消聲器的研究設計理論，這一理論被人們稱為抗性聲濾清器理論。在四十年代中期，消聲器的設計中引入了數學方法，蔡超通過數學矩陣計算出了消聲器的聲學傳遞矩陣。在五十年代中期，Davis在截面突變處聲壓和體積振動速度的連續性和一維波動方程的理論基礎上，分析計算得出了膨脹腔和側支共振的特性。到了五十年代的后期，Igarashi在研究設計中引入了四端網絡原理，他利用等效電路法，研究出消聲器的傳遞特性，并利用四級參數矩陣的形式加以表示。經過十幾年的不斷研究、總結和創新，消聲器的設計中引入了線性聲波法，這類分析法在計算分析中考慮了氣流的影響，又一次的提升了消聲器的理論研究層面，同時也迫使試驗方法的改變，從而使實驗數據的精確度變得更高，與實際情況更吻合。

到了七十年代中期，一維平面波理論的局限性凸現出來，有限元的設計理念也開始萌生，二維和三維的分析方法也開始被應用。到了1975年，Crocker與Young，計算分析了消聲器的傳遞損失，他們此次的分析采用了有限元的理論。后來邊界元法也加入了消聲器的設計中，雖然邊界元法可以縮短計算的時間，但計算結果的精度不高。八十年代的三維有限元分析法已基本成熟，Prasad模擬分析了消聲器的聲學性能，通過試驗的對比，兩者基本吻合，這也意味著消聲器設計方法的又一次突破。

從上世紀九十年開始到現在，科技的迅猛發展推動了計算機的迅速升級，同時也帶動了設計軟件的迅速發展。UG、AutoCAD、Ansys和HyperMesh等建模軟件相繼出現；SYSNOISE、GT-POWER和LMS Virtual.Lab Acoustics等分析軟件的出現，為消聲器的設計提供了更精確有效的仿真途徑。1995年，Chao-Nan Wang與H.Luoetal利用邊界元法研究了穿孔插入式消聲器，并計算了該消聲器的傳遞損失。1996年，高宗英與王詩恩通過一維波動方程分析計算了消聲器的通過特性，并且此次研究考慮氣流和聲源的影響。到了1997年，M.L.Munjal 利用平面波法分析得出插出和插入式消聲器的傳遞特性，同時又研究分析了側面插出和插入式消聲器。到了1998年，胡立臣在六類消聲單元傳遞特性的基礎上，創建了數學模型，以表示消聲量。何天明和鄭澤紅在1999年優化了NJD433A柴油機的消聲器，他們此次研究使用了傳遞矩陣法；郝民同年也建立參數較為詳細的消聲器模型。到了2000年，在加入氣流與溫度的前提下，唐永琪研究了氣流的影響，此次對消聲器的研究使用了三維圖譜法。丁萬龍在2003年研究了摩托消聲器的性能，他不但使用了邊界元法，通過與試驗進行了對比，兩者結果基本一致。目前，在消聲器的設計中，建模仿真技術已被廣泛應用，它不但可以大大縮短設計周期，還可以提高設計過程中的精準度。

4 消聲器的材料

隨著汽車行業的發展，消聲器的制造材料也在不斷的變化。在汽車上使用消聲器的初期，消聲器主要采用鍍鋅鋁和普通鋼來制造。后來汽車排放受到了限制，而發動機的性能又進一步提升，因此，抗腐蝕性強且耐高溫的鍍鋁鋼取代了之前的廉價材料，用于生產消聲器。后來，人們對汽車尾氣有了新的要求，三元催化器加入到了排氣系統，這對消聲器的材料有新的要求，不銹鋼開始運用到了消聲器的制造中來。目前的不銹鋼有很多種類，不同的國家采用的不銹鋼也有所不同，這主要由于不同國家或地區對汽車噪聲級別的限制不同所造成的。

參考文獻

[1]劉劍，羅紅，鄧兆祥，等.汽車排氣消聲器的實驗與改進設計[J].重慶大學學報，2003，26（3）.

[2]范錢旺，石玲，等.汽車排氣消聲器的試驗研究及頻譜分析[J].汽車技術，2008，7.

[3]劉鵬飛，畢傳興.汽車消聲器聲學特性及流場特性數值分析[J].噪聲與振動控制，2009，4.

[4]韋玲.4100QB發動機消聲器的排氣管聲學特性仿真分析及試驗

研究[D].昆明：昆明理工大學.

[5]孫乙力.基于GT-POWER的抗性排氣消聲器分析及試驗研究[D].昆明：昆明理工大學.

[6]劉海軍.4100QB發動機排氣消聲系統匹配的聲學特性分析及試

驗研究[D].昆明：昆明理工大學.