汽車排氣消聲器性能的相關(guān)研究

唐明

摘 要：汽車噪聲大多是在排氣管中產(chǎn)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(gòu)造十分復(fù)雜，現(xiàn)在對汽車消聲器的設(shè)計還沒有一套成熟可靠的理論，設(shè)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。

關(guān)鍵詞：汽車;消聲器;研究

汽車在運行過程中難免會產(chǎn)生噪聲，其中相當(dāng)一部分噪聲是由發(fā)動機排氣管產(chǎn)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(shù)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(nèi)外研究現(xiàn)狀

隨著我國汽車數(shù)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(jīng)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，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(jīng)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(yīng)性強等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)已成為汽車排氣消聲器主要使用的方法。

2 汽車消聲器基本構(gòu)造對消聲性能的影響

2.1多孔吸聲材料影響

多孔材料，就是材料構(gòu)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(jié)構(gòu)因子這三個方面。這些參數(shù)只是多孔材料造成影響的理論數(shù)據(jù)。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(zhì)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?？紫断嗤瑫r，低流阻材料比高流阻材料吸聲性能更好?？紫堵示褪窍暺髦锌諝怏w積與材料總體積之比?？紫堵试诎俜制呤骄攀詈侠?，在合理范圍內(nèi)，孔隙率越高吸聲效果越好。結(jié)構(gòu)因子是修正系數(shù)，引進這個修正系數(shù)就是為了使理論與實際更加相符。

2.2簡單擴張結(jié)構(gòu)影響

擴張腔式消聲器應(yīng)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(dá)到消聲目的。簡單擴張結(jié)構(gòu)的消聲效果主要和膨脹室的膨脹比和膨脹室長度有關(guān)。根據(jù)相關(guān)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(jié)構(gòu)能夠很好吸收噪音，當(dāng)噪聲頻率增高到一定程度之后，從細(xì)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。

2.3共振結(jié)構(gòu)影響

①單腔共振器。單腔共振器近似看成是由多種留聲元件結(jié)合而成，在開口管附近空氣隨著聲波震動，共振腔內(nèi)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(gòu)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(chǎn)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(nèi)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(jié)構(gòu)參數(shù)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(jù)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。②穿孔共振結(jié)構(gòu)。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(lián)而成，當(dāng)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。

2.4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(yīng)用中經(jīng)常采用多節(jié)擴張器串聯(lián)方式，或者采用內(nèi)接插入管來增強對噪聲的吸收。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(shù)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(shù)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。

3 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(chǎn)生不小的影響。

3.1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(dāng)中，排氣管溫度會有較大變化，排氣管溫度最高可以達(dá)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(dǎo)致計算結(jié)果的不準(zhǔn)確。所以必須考慮溫度產(chǎn)生的影響。通過相關(guān)模型計算之后，發(fā)現(xiàn)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。這是因為溫度升高以后，空氣密度降低，導(dǎo)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。

3.2尾管效應(yīng)影響

前面計算時假設(shè)尾管長度是無限長，不會產(chǎn)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(shè)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。通過相關(guān)模型試驗，通過不考慮尾管效應(yīng)和考慮尾管效應(yīng)進行對比，發(fā)現(xiàn)考慮尾管效應(yīng)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。

3.3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。

結(jié)語

汽車在使用過程中會伴隨著噪聲的產(chǎn)生，隨之產(chǎn)生了汽車排氣消聲器來減輕噪聲產(chǎn)生的影響。研究汽車排氣消聲器時，一定要在它的結(jié)構(gòu)入手，分析機構(gòu)對消聲器產(chǎn)生的影響，還要分析外部因素對排氣消聲器產(chǎn)生的影響，進行綜合分析，減輕汽車排氣過程中產(chǎn)生的噪聲。

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