試論汽車發動機排氣系統動力減振器的研究與應用

摘 要 本文從動力減振器的類別入手，對有阻尼動力減振器在汽車發動機排氣系統中的應用效果進行試驗研究，試驗結果表明，有阻尼動力減振器能夠有效降低振動效果，并將有阻尼動力減振器應用于某輕型汽車中，應用效果顯示有阻尼動力減振器可以有效避免排氣系統出現斷裂問題，有助于汽車發動機排氣系統使用壽命的延長。

關鍵詞 汽車發動機;排氣系統;動力減振器

1動力減振器分析

1.1 無阻尼動力減振器

從本質角度而言，無阻尼動力減振器能夠看作是單質量彈簧系統，屬于2自由度系統。如果激振頻率和兩個固有系統中的某一個頻率相同時，該系統會出現共振;如果激振頻率具有較大的變化空間，動力減振器可以將原本的一個共振頻率系統轉變為兩個共振頻率系統，并不能發揮出自身的減振作用。因此，無阻尼動力減振器主要應用于激振頻率固定不變或者變化相對較小的設備。在實際應用過程中，動力減振器的彈簧力會與主質量中的作用力平衡，從而將主系統中的振動傳遞到動力減振器中，避免主系統出現較大的振動，保障主系統的穩定性。在無阻尼動力減振器應用過程中，技術人員需要確保兩個自由度系統間的固有頻率差值最大。

1.2 有阻尼動力減振器

如果激振頻率具有較大的變化空間，技術人員需要通過有阻尼動力減振器的應用，消除主系統中的振動。有阻尼動力減振器可以將主系統中較大頻率范圍的振動降低，具體的有阻尼動力減振器如圖1所示：

在上圖中，主系統包括物體E和彈簧H這兩部分;有阻尼動力減振器包括物體F、彈簧I以及黏性阻尼器G組成。其中，物體E的質量為ME;物體F的質量為MF;主系統和動力減振器的質量比μ=MF/ME;頻率比α=主系統的固有頻率/有阻尼動力減振器的固有頻率;阻尼比為C/（2×MF×），是指有阻尼動力減振器的固有頻率。在阻尼比是0時，動力減振器系統為無阻尼動力減振器;在阻尼比為時，系統屬于單自由度系統。因此，技術人員需要將阻尼比控制在0-之間，確保系統為有阻尼動力減振器，保障其減振效果的發揮[1]。

2汽車發動機排氣系統動力減振器的研究

2.1 明確動力減振器的相關參數

在進行汽車發送機排氣系統動力減振器的設計時，關鍵在于結構件的模態特性的確定，技術人員可以利用模態試驗及數據計算得出動力減振器中減振件的阻尼比以及主要階次頻率值。在計算過程中，技術人員需要將結構件等效成單自由度系統，從而進行相關數據參數的計算，具體的計算公式為：

其中，mk主要是指模態質量;Vik主要是指模態的位移;Vi主要是指歸一化的模態位移系數;主要是指存在阻尼情況下的模態頻率。通過對上述公式的分析可知，結構件的等效質量會受到動力減振器安裝位置的影響，技術人員選擇不同的安裝位置，會使Vik和Vi的數值有所不同，從而對結構件的等效質量產生影響。一般來說，技術人員會將動力減振器安裝于結構件的反節點區域，和反節點區域的距離越來越遠，就表明系統的等效質量較高。

2.2 排氣系統的試驗分析

在明確動力減振器的等效質量計算公式后，本文對安裝有動力減振器的排氣系統進行試驗，分析動力減振器的適用范圍和應用效果。本次試驗的分析頻率在0～200hZ之間，采用LMS-Test_Lab中的PolyMAX方法對模態參數進行識別及計算。

（1）試驗用排氣系統

本文試驗采用的排氣系統是轎車應用的V型6缸發動機排氣系統，具有兩個入口和一個出口。和排氣系統連接的發動機在轎車中按照縱向的方向布置，在這種布置方式喜愛，發動機轉動方向平行于排氣系統，使得排氣系統很容易出現扭轉振動現象，基本不會出現彎曲振動現象[2]。

（2）動力減振器的固有頻率計算

從本質角度而言，動力減振器屬于彈簧-質量系統。所以在進行動力減振器的測量時，需要對其固有頻率進行測量。常用的測量方法是將安裝有動力減振器的排氣管夾住，然后將加速度傳感器安裝于動力減振器上，通過錘擊的方式獲取動力減振器的數值。在測量過程中，本文應用的動力減振器固有頻率分別是26.2Hz和77.9Hz;頻段為0.93和1.16;排氣系統和動力減振器之間的質量比μ為0.043。

（3）試驗結果分析

觀察試驗結果可知，動力減振器的作用適用范圍在20～100Hz之間，在20～30Hz和50～80Hz之間的減振效果最為顯著。在62～70Hz的頻率范圍內，試驗組的排氣系統頻率是65.1Hz，這時排氣系統的振型是垂直2階彎曲，有消聲器中的兩個吊掛點位于振型節點的周圍;對照組的排氣系統頻率是67.1Hz，這時發動機的轉速是1342r/min，車內空腔低頻共鳴頻率在40-80Hz范圍內。由此可以看出，動力減振器的應用，可以有效避免排氣系統的低頻振動噪聲傳遞到車內，防止空腔低頻共鳴的出現，有助于車內駕駛舒適性的提升。

3汽車發動機排氣系統動力減振器的應用

技術人員分別在排氣系統中應用了添加沙子的動力減振器以及沒有添加沙子的動力減振器。測量沒有安裝動力減振器、添加沙子動力減振器及動力減振器的減振效果。觀察計算結果可知，添加沙子的動力減振器具備更為顯著的減振效果，能夠有效避免輕型汽車出現排氣系統斷裂故障。

4結束語

綜上所述，有阻尼動力減振器可以有效降低汽車發動機中排氣系統的振動效果，保障汽車的安全運行。通過本文的分析可知，技術人員可以將沙子作為阻尼材料，應用于動力減振器中，并將其安裝于汽車發動機的排氣系統中，從而提升動力減振器的減少振動噪音的作用，避免排氣系統出現斷裂。希望本文的分析可以為相關研究提供理論參考。

參考文獻

[1] 黃思良.某車型排氣系統非線性振動與聲學性能優化[D].廣州：華南理工大學，2018.

[2] 袁守利，喻盼，劉志恩，等.基于遺傳模擬退火算法的排氣系統振動分析及優化[J].數字制造科學，2017，15（03）：71-77.

作者簡介

張濤（1984-），男，河南省正陽縣人;學歷：大學本科，講師，現就職單位：駐馬店技師學院，研究方向：汽車維修。