【正文】 由于發(fā)動(dòng)機(jī)主要是為了滿足車(chē)外加速噪聲試驗(yàn)要求，因此計(jì)算轉(zhuǎn)速主要針對(duì)車(chē)外加速噪聲試驗(yàn)的出線轉(zhuǎn)速的工況。 消聲器的縱橫比 L/D= 滿足消聲器的縱橫比 L/D=~5,對(duì)于直通式消聲器 ,L/D=6~8，且在取值范圍中間，說(shuō)明消聲量，及消聲頻率范圍都比較式中，及高、低頻都有一定的消聲量，中頻消聲效果最佳。在截面積相同的條件下，消聲器越是扁平，其性能越差。 排氣消聲器進(jìn)、出氣管內(nèi)徑 1d 、 2d 的確定 發(fā)動(dòng)機(jī)以標(biāo)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，消聲器進(jìn)氣平均流速初步選擇 V=80m/s 由公式（ 32）和（ 33）得到消聲器進(jìn)、出氣管直徑 1d =, 2d =與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣總管直徑很接近，故初步確定消聲 器進(jìn)、出氣管直徑分別為110mm,78mm。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 第 4 章 汽車(chē)排氣系統(tǒng)消聲器的設(shè)計(jì) 本文針對(duì) 設(shè)計(jì)的汽車(chē)排氣系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)： 6 缸， 排量，怠速轉(zhuǎn)速為 700rpm,額定轉(zhuǎn)速為 2500rpm；標(biāo)定排氣溫度 1200K；排氣總管直徑 90mm。 表 32 截面突然擴(kuò)大的局部阻力損失系數(shù) ： 12AA ? ? 總能量損失和為所有的局 部損失和沿程損失之和即 : 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 fjw hh ???h （ 331） 換算成壓力單位，得到消聲器的壓力損失公式 : wgh???p （ 332） 消聲器的改進(jìn)設(shè)計(jì) 消聲器的改進(jìn)設(shè)計(jì)需要綜合考慮聲學(xué)性能、空氣動(dòng)力性能和結(jié)構(gòu)性能，最終給出消 聲器結(jié)構(gòu)的合理幾何參數(shù)。 式中 ?為局部損失系數(shù)， v 為入口平均流速， g 為重力加速度。這種損失的大小與流體的流動(dòng)狀態(tài)有著密切的關(guān)系。 而本課題將采用傳統(tǒng)的壓力計(jì)算來(lái)進(jìn)行分析。 圖 31 通過(guò)上述公式可求得 ip ，結(jié)合 3 點(diǎn)的聲壓 3p 代入傳聲損失計(jì)算公式： 322 2020ppLgppLgL itiTL ?? (327) 式中， ip 為進(jìn)口界面處的入射聲壓， 3p 出口處的投射聲壓。出口管需要施加吸聲終端和ρc的阻抗 ,這樣由于吸聲終端出口管內(nèi)僅有透射聲波。 1v 、 2v 分別為消聲器進(jìn)口和出口振動(dòng)速度 ,并且： 1,021 12)/( ??? vvppA 12 1,021 )/( ??? vpppB 1)/( 1,0221 ?? ? vvvvC 1,0)/( 1021 2 ??? ? vvvD p (323) 四極傳遞矩陣法的傳聲損失為 ]21lg[20 DcCcBAT TL ???? ?? (324) 3） 三點(diǎn)法 為了提高消聲器傳聲損失的計(jì)算速度 ,WAN 提出了三點(diǎn)法。傳聲損失的計(jì)算方法主要有傳統(tǒng)法、四極傳遞矩陣法、三點(diǎn)法等三種。 A 為聲壓幅值， ? 為初始相位角。 消聲器聲學(xué)性能分析方法 由于消聲器的聲學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)中傳聲損失反映的是消聲器本身的傳遞聲波特性，不受聲源管道系統(tǒng)和消聲器之后尾管的影響，故對(duì)消聲器進(jìn)行理論分析和設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，采用傳聲損失比較方便。采用插入管連接時(shí)，插入管的長(zhǎng)度為 L/2 可以消除偶數(shù)倍通過(guò)頻率，而插入管長(zhǎng)度為 L/4 可以消除奇數(shù)倍通過(guò)頻率，故插入管連接時(shí)，其插入管長(zhǎng)度可用 L/2 和 L/4 相互匹配，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，插入管長(zhǎng)度可比計(jì)算長(zhǎng)度減少 (～ )d（其中， d 為插入管內(nèi)徑） 。 由公式（ 317） 、 （ 38）可確定穿孔直徑。t 為 板厚。 共振腔消聲器的共振頻率見(jiàn)公式（ 317） VGcf ?20 ? (317) 式中： C~聲速 。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 Dcf ?上 (315) LVscff ?222 0 ??下 (316) 式中： c 為擴(kuò)張腔內(nèi)聲速 (m/s） ； D 為擴(kuò)張室截面特征尺寸 (m)； f0 為消聲器共振頻率； s 為擴(kuò)張腔的橫截面， L 為消聲器各腔的長(zhǎng)度， V 為消聲器各腔對(duì)應(yīng)的容積。 L2=L1/2,L3=L2/2。 內(nèi)燃機(jī)在標(biāo)定功率時(shí) ,n3000 rpm,這時(shí)第一腔長(zhǎng)度 L1 主要應(yīng)考慮中低頻成分中最突出的噪聲頻率。因此 ,消聲器分隔的腔數(shù)多少 ,應(yīng)與消聲特性和消聲量相配合。 L/D 越小，說(shuō)明消聲器越短粗 ,膨脹比越大 ,最大消聲量也大 ,高頻消聲效果好 ,但是 ,低頻消聲效果差。 21SSm? （ 38） 式中， 1S 為 進(jìn)、出口截面積； 2S 為 消聲器擴(kuò)張腔橫截面面積 。 在截面積相同的條件下，消聲器越是扁平，其性能越差。依據(jù)一維平面波理論，只要擴(kuò)張比相同，不同形狀的消聲器性能是一樣的，但實(shí)際上，由于高次諧波的存在，不僅消聲 器的形狀，而且進(jìn)出氣管的位置等對(duì)消聲器性能都有一定的影響。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 Q 為 常數(shù)，根據(jù)不同的消聲要求可取 5~6 ③ 消聲器容積： ?? KKKKCKV ntie ? (36) 式中 C為 經(jīng)驗(yàn)常數(shù) ,根據(jù)消聲器所要達(dá)到的指標(biāo)而定 : A 類(lèi)消聲器 消聲量≥ 10dB(A) C=2~3 B 類(lèi)消聲器 消聲量≥ 15dB(A) C=4~5 C 類(lèi)消聲器 消聲 量≥ 20dB(A) C=7~8 D 類(lèi)消聲器 消聲量≥ 25dB(A) C=10~13 iK 為 氣缸修正值，31iKi ? (37) i 為 氣缸數(shù) 。 ② 美國(guó) Ne1Son 公司推薦的經(jīng)驗(yàn)公式如下來(lái)進(jìn)行估算： TNnQVV he 1000? (35) 式中， hV 為 發(fā)動(dòng)機(jī)排量 (L)。但是消聲器尺寸的大小，要受其安裝位置、生產(chǎn)成本等的約束。 01 4d s?? （ 33） 綜合比較內(nèi)燃機(jī)排氣管出口或排氣道口的直徑和上述公式計(jì)算確定的結(jié)果，最終確定消聲器的進(jìn)、出口直徑。消聲器進(jìn)、出口管的直徑不得小于內(nèi)燃機(jī)排氣管出口或排 氣道口的直徑，否則將因排氣背壓增高，引起功率損失增加，同時(shí)易產(chǎn)生高速氣流而高速氣流容易激發(fā)再生噪聲，從而影響消聲器的實(shí)際消聲效果；消聲器進(jìn)、出口管的直徑也不宜過(guò)大，否則將會(huì)降低擴(kuò)張比 m，從而降低消聲器的消聲量。 從對(duì)汽車(chē)排氣消聲器的要求來(lái)看，采用抗性消聲器最為合適，因?yàn)樗侨饘俳Y(jié)構(gòu)，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耐高溫、耐腐蝕、耐氣流沖擊 ，成本低、壽命長(zhǎng)。 內(nèi)燃機(jī)周期性燃燒過(guò)程和進(jìn)、排氣門(mén)開(kāi)閉時(shí)所產(chǎn)生的低頻脈動(dòng)沖擊噪聲的基頻及其諧波頻率： kNif ?60? （ 31） 式中 N 為內(nèi)燃機(jī)主軸轉(zhuǎn)速； i 為氣缸數(shù) 。內(nèi)燃機(jī)的排氣噪聲一方面通過(guò)氣道內(nèi)的氣體傳播，另一方面激勵(lì)氣道壁振動(dòng)，產(chǎn)生二次噪聲。 有源消聲器的基本原理是在原來(lái)的聲場(chǎng)中，利用電子設(shè)備再產(chǎn)生一個(gè)與原來(lái)的聲壓大小相等、相位相反的聲波，使其在一定范圍內(nèi)與原來(lái)的聲場(chǎng)相抵消。 微穿孔板消聲器 一般是用厚度小于 1mm 的純金屬薄板制作，在薄板上用孔徑小于 1mm 的鉆頭穿孔，穿孔率為 1%一 3%。當(dāng)包含有各種頻率成分的聲波進(jìn)入第一個(gè)短管時(shí)，只有在第一個(gè)網(wǎng)孔固有頻率附近的某些頻率的聲波才能通過(guò)網(wǎng)孔到達(dá)第二個(gè)短管口，而另外一些頻率的聲波則不可能通過(guò)網(wǎng)孔．只能在小室中來(lái)回反射，因此，我們稱這種對(duì)聲波有濾波功能的結(jié)構(gòu)為聲學(xué)濾波器。阻性消聲器對(duì)中高頻消聲效果好、對(duì)低頻消聲效果較差。把吸聲材料固定在氣流通道的內(nèi)壁上或按照一定方式在管道中排列，就構(gòu)成了阻性消聲器。將軟彈性管裝在排氣歧管和前排氣管之間，以便隔離由排氣歧管傳來(lái)的振動(dòng) ② 用消聲器消聲 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 現(xiàn)在用得最普遍的方法是安裝消聲器消聲，消聲器消聲與其它消聲方法相比更具有針對(duì)性，它可針對(duì)峰值頻段制定消聲策略，其實(shí)際效果 也隨著消聲器設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展而最為顯著，這也正是本文所研究的主要內(nèi)容。 降低排氣噪聲的主要方法 1) 從噪聲源本身采取措施 這需要從噪聲源機(jī)理分析入手，采取相應(yīng)的對(duì)策，但這些措施往往又要涉及到排氣系統(tǒng)，如凸輪軸、氣門(mén)機(jī)構(gòu)以及氣缸蓋的設(shè)計(jì)，而這 些又要影響到內(nèi)燃機(jī)其他方面的性能，因而需要綜合考慮并進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究。 柴油機(jī)一般比汽油機(jī)的排氣噪聲大，這是因?yàn)椋孩俨裼蜋C(jī)工作時(shí)，最高洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 爆發(fā)壓力和壓力增長(zhǎng)率均比汽油機(jī)的高，因此，同等功率相比，柴油機(jī)排氣噪聲較大。 K K2 為與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常 數(shù)。 由相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，幾種不同的發(fā)動(dòng)機(jī)在 轉(zhuǎn)速增加一倍時(shí)，空負(fù)荷的排氣噪聲增加 10— 14dB，二全負(fù)荷時(shí)的排氣噪聲僅增加 5— 9dB。對(duì)同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，影響排氣噪聲最大的因素是發(fā)動(dòng)機(jī)的傳遞和負(fù)荷。壓力波在氣缸內(nèi)發(fā)生多次反射，產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲。 5）排氣尾管 由于末端管的使用溫度低，因此從材料的性能來(lái)看，使用鍍鋁鋼板就可以了，但是，從圖案性的方面來(lái)看，有的使用 SUS409L 和 SUS430 系等高純度鐵素體系不銹鋼，有的則使用奧氏體系的 SUS304 不銹鋼。該鋼的特征是通過(guò)優(yōu)化 Cr 和 Mo 的添加量，抑制了決定消音器壽命的點(diǎn)腐蝕的發(fā)生和擴(kuò)大，另外為固定碳化物，不選擇添加 Nb，而是選擇添加 Ti，因此采用高效率的普通鋼生產(chǎn)工序（采用串列式軋機(jī)冷軋 連續(xù)退火 酸洗）就能生產(chǎn)出。 其后，隨著實(shí)際消音器用材料在腐蝕環(huán)境下評(píng)價(jià)的發(fā)展，提出了 各種與之相應(yīng)的不銹鋼評(píng)價(jià)試驗(yàn)法。 4） 主消聲 器 各種不銹鋼耐冷凝水腐蝕性的比較結(jié)果表明，在有鹽化物共存的條件下，容易發(fā)生點(diǎn)腐蝕。具有代表性的鋼種是 Fe20Cr5Al 合金。 2）前管 前管使用的材料有 SHU409L、 SUS436L（ 17Cr1MoLC， N）， SUS430J1L等鐵素體系不銹鋼，但在采用中空雙重時(shí)，還有的使用奧氏體系不銹鋼作內(nèi)管?？梢哉J(rèn)為這是由于當(dāng)約束率降低時(shí)，熱疲勞強(qiáng)度在總體上會(huì)提高，由于延長(zhǎng)在高溫下的保持時(shí)間，如果是在采用上述 NbTi 混合添加鋼，它能通過(guò)添加 Ti 抑制 Nb 碳化物的析出，使高溫下熱疲勞強(qiáng)度下降變小的緣故。根據(jù) Nb 單獨(dú)添加鋼和 NbTi混合添加鋼在900℃時(shí)的 %屈服強(qiáng)度隨 900℃時(shí)效變化的曲線可知， NbTi 混合添加鋼伴隨時(shí)效的強(qiáng)度下降小。根據(jù)合金元素對(duì)鐵素體系不銹鋼在 950℃時(shí) %屈服強(qiáng)度的影響可知， Nb、Mo、 W 和 Ta 有助于提高屈服強(qiáng)度，尤其是添加少量的 Nb，效果 更好。再后來(lái)，由于在高溫特 性 的基 礎(chǔ) 上又 對(duì) 經(jīng)濟(jì) 性 提出 了 要求 ， 于 是開(kāi) 發(fā) 了優(yōu) 化 成分 的YUS450MS（ ）。熱膨脹系數(shù)小的鐵素體系不銹鋼在熱疲勞特性方面是有利的。 洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 汽車(chē)排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的材料分析及其選擇 1）排氣歧管 汽車(chē)排氣歧管使用的氏球墨鑄鐵，但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)性能的提高，排氣溫度會(huì)上升，且由于對(duì)減輕零部件重量的需要，因此不銹鋼的使用量正不斷增加。因此，需合理選擇消聲器的形式和主要參數(shù)。也就是說(shuō)，其插入損失要大，功率損失要小。外殼要求 具有高溫強(qiáng)度、耐高溫鹽害性加工性。對(duì) 于催化載體，在使用了鐵素體系不銹鋼箔材制作的金屬 載體。彈性波紋管的的密封性能比較好，但它的熱補(bǔ)償性較差，使用壽命不長(zhǎng)，而且它的價(jià)格相比也較貴，相比之下，撓性連鎖式洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 接管的熱補(bǔ)償性和使用壽命都好于彈性波紋管 ,但它的密封新不太好。但是從另一方面來(lái)看，這樣做又會(huì)影響排氣歧管連接法蘭的運(yùn)動(dòng)自由度。 圖 21 排氣系統(tǒng) 的組成 2）前排氣管 排氣管的主要作用是將發(fā) 動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中所產(chǎn)生的廢氣排除。排氣歧管與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配由發(fā)動(dòng)機(jī)廠完成。根據(jù)車(chē)種的不同，有的安裝了數(shù)個(gè)催化轉(zhuǎn)換器，有的安裝了副消音器。它的主要作用是將發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的廢氣排出，并且降低排 氣時(shí)所產(chǎn)生的噪聲，減少環(huán)境污染和產(chǎn)生輔助制動(dòng)。 3） 排氣系統(tǒng)必須能防止由于路邊飛濺、下雨、沖洗或其他任何途徑的水進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)或增壓器。