某車型排氣系統嘯叫問題分析及解決

王偉偉，梁文海，韓宗斌

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545000）

隨著人民生活水平的提高，人民對汽車的要求，也已從最簡單的代步車的要求，變成了乘坐舒適性的要求。噪聲作為衡量舒適性的一個重要指標，也越來越受到人們的重視。汽車噪聲來源很多，主要有發動機本身發出的噪聲排氣系統產生的噪聲，傳動軸產生的噪聲以及胎噪[1]。作為汽車噪聲的重要組成部分，排氣系統噪聲開發則成為汽車開發過程中的一個重要內容。嘯叫、異響則成為必須解決和避免的問題。

作者以某小型緊湊型轎車為研究對象，通過解決在排氣系統開發過程中出現的嘯叫問題，分析嘯叫產生的原因，提出解決措施，為以后排氣系統開發過程中嘯叫問題解決提供方法與指導。

1　問題描述

某前驅緊湊型轎車在開發過程中，在車輛加速時，排氣系統會發出類似于“口哨”聲的嘯叫問題，嚴重影響車輛乘坐舒適性。對其尾管進行噪聲測試，其噪聲曲線圖及頻譜圖結果如圖1所示。

圖1　尾管口噪聲曲線圖

從圖1噪聲曲線圖可以看出，尾管口總值噪聲、階次噪聲滿足目標要求，且沒有明顯的峰值。但在噪聲頻譜圖中，如圖2所示，則明顯發現在幾個位置處存在一些能量集中區域（圓圈中），這樣就導致了“口哨”嘯叫聲的出現。

圖2　尾管噪聲頻譜圖

2　原因分析

排氣系統的口哨哨聲現象，是高頻的噪聲，經常在加速時產生，聽起來像：pii或poh[2]。而此緊湊型轎車的排氣系統分別由三部分組成，分別是排氣管總成、前消聲器總成和后消聲器總成。通過氣密性的檢測，三套總成的泄露量都是是符合要求的。這表明三套總成的焊接都符合要求。

經晃動三個零件后，也沒有異響產生，這說明聽到的口哨聲是由于氣流吹過小孔產生的。前消聲器總成和后消聲器總成的結構如圖3、圖4所示。

圖3　前消聲器總成

圖4　后消聲器總成

通過分別更換前消聲器總成和后消聲器總成，最后證明口哨聲是由后消聲器總成發出的。

后消聲器總成則是由三個子零件：后消聲器前段管、后消聲器筒體和消聲器尾管組成。其中只有后消聲器筒體零件上開有小孔。后消聲器筒體內部結構如圖5所示。

圖5　后消聲器筒體內部結構

從圖5可以看出，后消聲器進氣管、出氣管、隔板上開有小孔，可能會產生口哨聲。為確定口哨聲的具體產生位置，根據后消聲器筒體內部結構，組合進氣管、隔板分別開孔與不開孔，保證內阻件裝配正確，且零件無焊接質量問題，選擇6個方案進行測試，測試結果如圖6所示。

圖6　“口哨聲”測試結果

測試結果表明，口哨聲是由于消聲器出氣管開孔不當所導致的。由于出氣管在隔板中間為單排孔，且到后隔板的距離過小，該類結構對小孔的位置度比較敏感，消聲器在批量生產時對結構誤差的容錯率很低，導致后消聲器總成在批量生產時出現了口哨聲。

3　問題解決

（1）針對后消聲器出氣管開孔問題，設計了兩個后消聲器筒體方案，方案如圖7、圖8所示。

圖7　后消聲器筒體改進方案一

圖8　后消聲器筒體改進方案二

對改進后的方案一和方案二分別進行實車主觀評價，無“口哨聲”產生。再分別對兩套方案進行尾管口噪聲測試，測試結果如圖9、圖10所示。

圖9　后消聲器新方案一、方案二頻譜圖

圖10　新后消聲器方案一、方案二尾管噪聲曲線圖

從尾管噪聲頻譜圖上可以看出，并沒有能量集中的現象，這表明沒有口哨聲的出現。從尾管噪聲曲線圖上也看出，新后消聲器方案一和方案二也滿足整套排氣系統的噪聲要求。

（2）背壓測試。排氣系統的背壓是指排氣管多支管出口處的壓力與大氣壓之間的差值。通常所指的損失是在發動機最大轉速時的損失。背壓越大，發動機的功率就越低，即功率損失越大[3]。故任何一套方案的排氣系統都需要對背壓進行測試。在整車上分別對新方案一和方案二的排氣系統進行背壓測試，測試結果如圖11所示。

圖11　新后消聲器方案一、方案二背壓圖

從圖11看出，新后消聲器方案一、方案二排氣系統的背壓值都滿足發動機總成對排氣系統的最大背壓要求。

綜合排氣系統噪聲及背壓的考慮，選用方案二為最終的方案。

4　結束語

排氣系統“口哨聲”主要由高速氣流通過細小間隙和微小孔徑產生。消聲器筒體在設計時應考慮以下原則：

（1）消聲器筒體在設計時盡量避免高速氣流通過細小間隙或微小孔徑的結構；

（2）消聲器筒體在設計時需考慮實際生產工藝的偏差，避免敏感性結構的應用。

參考文獻：

[1]殷志雄.某皮卡空載異響產生根源的發現與問題研究[J].柴油機設計與制造，2014，20（4）：28-32.

[2]高 杰.消除排氣異響噪聲研究[C]//河南省汽車工程學會第八屆科研學術研討會論文集.鄭州：河南省汽車工程學會，2011：130-131.

[3]韓國華.汽車排氣消聲器異響的識別及解決方法[J].噪聲與振動控制，2008（02）：103.