汽車排氣消聲器性能的相關研究

摘 要：汽車噪聲大多是在排氣管中產生的，想要減輕汽車運行中噪聲就要對汽車排氣消聲器進行研究。汽車消聲器的構造十分復雜，現在對汽車消聲器的設計還沒有一套成熟可靠的理論，設計者必須不斷對消聲器進行改進和實驗才能得到相對完善的消聲器。所以本篇文章就對汽車消聲器性能進行研究。

關鍵詞：汽車；消聲器；研究

汽車在運行過程中難免會產生噪聲，其中相當一部分噪聲是由發(fā)動機排氣管產生的。所以對汽車排氣消聲器性能進行研究能夠有效降低汽車噪聲。汽車排氣消聲器的研究對技術要求較高，對汽車消聲器的研究也造成很大阻礙。這也是汽車排氣消聲器發(fā)展緩慢比較重要的原因之一。

1 國內外研究現狀

隨著我國汽車數量越來越多，人們對汽車噪聲問題也越來越重視，解決汽車噪聲問題已經成為世界性問題。汽車噪聲對身體損害還是比較大的，主要影響人的聽覺系統(tǒng)，還會影響人的生理健康，讓人煩躁不安。

國外很早就對從事汽車排氣噪聲問題進行研究，也有一些比較有效的科研成果，處理汽車排氣噪音主要有四種方法[1]，分別是傳遞矩陣法、特征線法、邊界元法、有限元法。這幾種方法經過不斷發(fā)展，都有著各自的優(yōu)勢，其中有限元法因其精度高、適應性強等優(yōu)點被廣泛應用。現已成為汽車排氣消聲器主要使用的方法。

2 汽車排氣消聲器評價指標

汽車排氣消聲器就是阻礙汽車排氣時產生的聲音散發(fā)出來，根據消除噪聲的原理，可以分為阻性、抗性、復合性和排氣放空四種類型。汽車排氣消聲器的評價指標主要是消聲量、消聲頻率和阻力損失。

3 汽車消聲器基本構造對消聲性能的影響

汽車消聲器基本構造對消聲性能也有很大影響，材料選擇和消聲器內部構造都會對消聲性能產生影響，所以接下來就對消聲器基本構造進行研究分析，得出對消聲性能的影響。

3.1 多孔吸聲材料影響

多孔材料，顧名思義，就是材料構造由里到外含有大量互相貫通的微孔，多孔材料對排氣消聲器造成影響主要從流阻、孔隙率以及結構因子這三個方面[2]。這些參數只是多孔材料造成影響的理論數據[3]。從工程角度分析，影響因素主要是厚度、體積密度等。

流阻就是空氣質點通過材料孔隙時阻力的大小。實驗證明流阻是空氣特征阻抗二到四倍時，消聲器吸聲性能較好。孔隙相同時，低流阻材料比高流阻材料吸聲性能更好。孔隙率就是消聲器中空氣體積與材料總體積之比。孔隙率在百分七十到九十最合理，在合理范圍內，孔隙率越高吸聲效果越好。結構因子是修正系數，引進這個修正系數就是為了使理論與實際更加相符。

3.2 簡單擴張結構影響

擴張腔式消聲器應用十分廣泛，它工作原理就是利用截面突變使噪聲傳播通道失配，達到消聲目的。簡單擴張結構的消聲效果主要和膨脹室的膨脹比和膨脹室長度有關。根據相關實驗可知，膨脹室膨脹比影響消聲量的大小，膨脹室長度影響消聲頻率。擴張腔的變化直接影響消聲頻率和消聲量。噪聲頻率較低時，簡單擴張結構能夠很好吸收噪音，當噪聲頻率增高到一定程度之后，從細孔中進入到擴張腔中的氣體還沒來得及擴散就排出了，不能很好起到消音效果。這就是高頻失效。

3.3 共振結構影響

3.3.1 單腔共振器。單腔共振器近似看成是由多種留聲元件結合而成，在開口管附近空氣隨著聲波震動，共振腔內的壓力隨著空氣體積大小變化，而且空氣還會隨著聲波一塊震動，這一系列構造組合到一起能夠有效使聲能下降，減少汽車排氣消聲器產生的噪音。單腔共振消聲器對聲波頻率要求較高，在低頻某一頻率范圍內消聲效果較好，在其他頻段消聲效果較差甚至沒有消聲效果。單腔共振消聲器通過改變共振孔板的結構參數來影響消聲性能，共振孔板主要包括孔徑、板厚、共振腔體積大小等。根據對共振孔板進行計算可以得出頻率較低時，單個共振器對噪聲的減輕效果較為明顯。

3.3.2 穿孔共振結構。由上文可知，單腔共振器使用時限制條件較多，所以就有了穿孔板共振器。穿孔板共振器可以看成多個單腔共振器進行串聯而成，當聲波進入穿孔板共振器以后，聲波振動頻率和系統(tǒng)頻率相同時，就能很好對噪聲進行吸收。

3.4 插入管長度影響

因為單腔共振消聲器對頻率要求比較高，所以在實際應用中經常采用多節(jié)擴張器串聯方式，或者采用內接插入管來增強對噪聲的吸收[4]。雖然通過插入管能夠增強消除能力，但是對插入管的長度也有要求。通過模擬實驗可以知道，單腔共振器消聲管和多孔共振器消聲管對噪聲的吸收有頻率限制，插入管插入以后，原來不能消除的頻率被消除，插入管長度為二分之一擴張腔長度時，能夠增強奇數倍的頻率消除，插入管長度為四分之一擴張腔長度時，能夠增強偶數倍的頻率消除。插入管的插入不但增多消除的頻率，還增強了消除噪聲的總量，通過插入管能夠降低通過頻率上的缺陷。

4 外界因素對消聲性能的影響

影響汽車排氣消聲器性能的因素不止有自身因素，外界因素對消聲性能影響也不容忽視。溫度、氣流以及空氣流速等因素都會對消聲性能產生不小的影響。下面就進行仔細分析。

4.1 溫度影響

空氣密度會受到溫度的影響而不斷變化。在對噪聲控制當中，排氣管溫度會有較大變化，排氣管溫度最高可以達到五百攝氏度，在高溫影響下，空氣的密度也會發(fā)生較大變化。由于密度的變化，就會導致計算結果的不準確。所以必須考慮溫度產生的影響。通過相關模型計算之后，發(fā)現考慮溫度這一影響因素之后，噪聲消除在低頻時有所降低，在高頻時有所提高[5]。這是因為溫度升高以后，空氣密度降低，導致聲速增大，進而影響排氣消聲器消聲頻譜向高頻方向移動。

4.2 尾管效應影響

前面計算時假設尾管長度是無限長，不會產生聲波的反射，但是在實際生活中，尾管長度是有限的，所以在尾管口還是會有聲波漏出。假設尾管口的輻射條件和聲阻抗不變，聲壓就會隨著聲源和管道系統(tǒng)變化[6]。通過相關模型試驗，通過不考慮尾管效應和考慮尾管效應進行對比，發(fā)現考慮尾管效應之后中、下頻率時對噪聲消除還是比較好，高頻時消聲效果不是很明顯，甚至還有下降趨勢。

4.3 流速影響

流速對汽車排氣消聲器性能影響較小，流速的大小一般不會改變消聲器整體吸收頻率，但是有時會對部分頻率稍微造成影響。這樣流速對汽車排氣消聲器的影響基本就可以忽略不計。

5 結束語

汽車已經進入尋常百姓家，汽車在使用過程中會伴隨著噪聲的產生，隨之產生了汽車排氣消聲器來減輕噪聲產生的影響。研究汽車排氣消聲器時，一定要在它的結構入手，分析機構對消聲器產生的影響，還要分析外部因素對排氣消聲器產生的影響，進行綜合分析，減輕汽車排氣過程中產生的噪聲。

參考文獻

[1]李根，涂江波，涂海華.汽車排氣消聲器聲學性能國內外研究現狀及趨勢[J].現代制造工程，2012，12：128-132.

[2]張毅天.汽車排氣消聲器設計應用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2010，4：38-43.

[3]葛蘊珊，張宏波.基于發(fā)動機熱力過程的汽車排氣消聲器設計[J].汽車工程，2004，3：275-278.

[4]劉劍，羅虹，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（自然科學版），2003，3：126-129.

[5]劉善鍔，謝軍，陳詩庫，等.汽車消聲器的匹配設計[J].客車技術與研究，2011，5：29-31.

[6]龔農斌.國內外汽車排氣消聲器的研制與進展[J].噪聲與振動控制，1986，2：25-32.

作者簡介：李超（1986-），男，河南信陽人，學歷：碩士，研究方向：汽車排氣系統(tǒng)控制開發(fā)。