汽車排氣消聲器性能分析

王穎

摘 要：噪音是一種非常常見的環(huán)境污染。基于人的主觀意愿來講，沒有人愿意聽到噪音。所以，消聲器的使用愈來愈廣泛。汽車在運(yùn)行過程中排氣管會產(chǎn)生非常大的噪音，在排氣裝置中安裝消聲器能夠有效地減小噪音，降低對駕駛?cè)撕椭車h(huán)境的污染。本文對汽車排氣消聲器的性能及設(shè)計方式進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：汽車；排氣管；消聲器；性能

在當(dāng)前嚴(yán)峻的環(huán)保形勢下，汽車排氣消聲器不但要具備降低噪音的性能，同時還應(yīng)該能夠有效地實(shí)現(xiàn)對其他空氣污染物的吸收和過濾。本文對汽車排氣消聲器的性能與設(shè)計展開了探討。

一、發(fā)動機(jī)排氣消聲器的應(yīng)用原理和分類

發(fā)動機(jī)進(jìn)氣和排氣噪聲是由汽車主要的噪聲源之一。為降低和控制發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣和排氣噪聲，在進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)中安裝消聲器是一種最有效的措施。由于發(fā)動機(jī)的功率范圍很廣，轉(zhuǎn)速范圍也各不相同，所以發(fā)動機(jī)進(jìn)氣和排氣消聲器的結(jié)構(gòu)形式也多種多樣。此外，由于不同的應(yīng)用領(lǐng)域又各有其特點(diǎn)和要求，發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣和排氣消聲器的性能分析非常有必要。

常見的汽車排氣消聲器主要可以分為阻性消聲器以及抗性消聲器兩種。阻性消聲器利用吸聲材料的吸聲作用，當(dāng)聲波進(jìn)入消聲器中，會引起阻性消聲器內(nèi)多孔材料中的空氣和纖維振動，由于摩擦阻力和粘滯阻力，使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而失散掉，從而起到消聲作用。抗性消聲器主要是通過在管道上接截面突變的管段或旁接共振腔，利用聲阻抗失配，使某些頻率的聲波在聲阻抗突變的截面處發(fā)生反射、干涉現(xiàn)象，從而達(dá)到消聲目的。

二、排氣消聲器的性能與設(shè)計分析

發(fā)動機(jī)燃燒所產(chǎn)生的廢氣中的有害成分主要有碳?xì)浠衔铮℉C）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、二氧化硫、灰塵顆粒等。顆粒性物質(zhì)主要包括固態(tài)碳基顆粒、可溶性有機(jī)物及無機(jī)物（硫酸鹽類）。這些物質(zhì)是重要的環(huán)境污染源，在排入大氣之前，必須對其進(jìn)行凈化處理。發(fā)動機(jī)排放控制可分為機(jī)內(nèi)控制和機(jī)外控制兩種。隨著發(fā)動機(jī)排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，僅依靠改善發(fā)動機(jī)的燃燒等機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)已經(jīng)無法滿足需求，必須借助機(jī)外控制技術(shù)（即采用后處理裝置），相應(yīng)的機(jī)外凈化技術(shù)有催化轉(zhuǎn)化器和微粒過濾器等。

催化轉(zhuǎn)化器是利用催化劑加速廢氣中的有害成分HC、CO、SOF 和 NOx 的氧化、還原反應(yīng)，將有害物轉(zhuǎn)化為H2O、CO2 和N2 的一種反應(yīng)器。催化轉(zhuǎn)化器又分為氧化型催化轉(zhuǎn)化器和還原型催化轉(zhuǎn)化器（用于降低 NOx 的排放）。催化轉(zhuǎn)化器使用涂有催化劑的陶瓷載體或金屬載體，載體由很多個直通的小孔道平行排列而成，為通流式。其載面上每平方英寸有幾百個通道，各個小孔道由薄壁相隔，小孔通道壁面涂有催化劑層，催化劑主要是用的是鉑（Pt）、鈀（Pd）、等黃金屬。微粒過濾器用于過濾和除去碳煙微粒。與催化轉(zhuǎn)化器所使用的載體不同，微粒過濾器所使用的載體是由很多個一端開口、一端封閉的小孔道平行排列而成，為橫流式。氣體從小孔到的開口端進(jìn)入，由于另一端封閉迫使氣體通過壁面上的孔隙流入相鄰的小孔道，再從這個小孔道的開口端流出。由于壁面上的空隙很小，顆粒無法通過，進(jìn)而在壁面上燒掉或氧化掉，從而實(shí)現(xiàn)過濾顆粒的效果。

下圖1為發(fā)動機(jī)尾氣凈化后處理裝置結(jié)構(gòu)圖。無論是催化轉(zhuǎn)化器還是微粒過濾器，都需要安裝在金屬客體之內(nèi)，因而這種尾氣凈化后處理裝置本身就是一個消聲器，具有一定的消聲效果。

為控制發(fā)動機(jī)尾氣污染和降低排氣噪聲，需要在排氣系統(tǒng)中安裝凈化機(jī)和消聲器。為了節(jié)省空間，可以將凈化器和消聲器設(shè)計成一體式結(jié)構(gòu)，即排氣凈化消聲器。從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)尾氣凈化和排氣噪聲控制的雙重功能。由于載體細(xì)小通道內(nèi)的氣體粘滯性阻尼對高頻聲能具有一定的衰減作用，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的 排氣凈化消聲器能夠獲得比傳統(tǒng)排氣消聲器（無載體）更好的消聲效果。

下圖2為一種車用發(fā)動機(jī)排氣凈化消聲器結(jié)構(gòu)示意圖，尾氣由進(jìn)氣管上的小孔流入左端腔和中間腔，進(jìn)入中間腔的氣體經(jīng) 穿孔隔板進(jìn)入左端腔，由兩路氣體匯合后流入裝有凈化器連接 管，在此發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使廢氣得到凈化，之后進(jìn)去右端腔，最后從出氣管排出。

下圖3為一種大功率發(fā)動機(jī)排氣凈化消聲器結(jié)構(gòu)示意圖。雙級膨脹腔結(jié)構(gòu)能很好地消減中低頻噪聲成分，而凈化器載體對高頻聲波具有一定的衰減作用。

三、結(jié)語

由于設(shè)備的工作狀態(tài)和技術(shù)要求各不相同，消聲器設(shè)計需要綜合考慮各種因素的影響、指標(biāo)要求和限制條件。消聲器設(shè)計的首要任務(wù)就是獲取設(shè)計輸入信息，如發(fā)動機(jī)的型號、功率、噪聲頻譜、管道直徑、消聲器外形尺寸、安裝位置、消聲器插入損 失和阻力等技術(shù)指標(biāo)。在消聲器設(shè)計過程中，除了需要消聲性能計算分析和測量外，還需要開展階次噪聲分析、流場和阻力分析，消聲器對發(fā)動機(jī)動力性和經(jīng)濟(jì)學(xué)影響分析、震動、應(yīng)力、強(qiáng)度 和可靠性分析等。為驗(yàn)證消聲器的實(shí)際消聲效果和其他技術(shù)指標(biāo)，通常需要開展必要的實(shí)驗(yàn)測量，如各種工況下消聲器的插入損失、輻射噪聲、阻力損失、震動、應(yīng)力、疲勞耐久等。

參考文獻(xiàn)

[1]華敏相.汽車排氣消聲器性能分析與改進(jìn)[D].江蘇大學(xué)，2017.

[2]彭菊生. 汽車排氣消聲器性能仿真分析與結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J].現(xiàn)代制造工程，2017（12）：86-91.