【正文】 聲器稱為阻性消聲器。當聲波進入阻性消聲器時，一部分聲能在多孔材料的孔隙中摩擦而轉(zhuǎn)化成熱能耗散掉，使通過消聲器的聲波減弱。 消聲器的分類及結(jié)構(gòu)形式 阻性消聲器主要是利用多孔吸聲材料來降低噪聲的。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 第 3 章 汽車排氣系統(tǒng)消聲器的開發(fā)設(shè)計 消聲器的基礎(chǔ)理論 消聲器的基本工作原理 汽車消音器的原理就是其排氣管是由兩個長度不同的管道構(gòu)成，這兩個管道先分開再交匯。 ① 隔離排氣歧管傳遞的振動 隔振是一種有效的降低噪聲的方法。主要工作集中在不改變發(fā)動機性能和排氣系統(tǒng)不做大的改變的情況下，采取一些措施來降低聲源噪聲“諸如：改變排氣歧管的布置，使吹過管口的氣流方向與該管的軸線方向夾角保持在最不易策動該管發(fā)生共振的角度范圍內(nèi)；合理設(shè)計各支管的長度，使管的聲共振頻率錯開，使各排氣支管管口及各管之間連接處都有較大的過渡圓角，減小界面突變，避免管口存在尖銳的邊緣，以減弱聲共振作用；提高排氣門桿、氣門歧管和排氣道內(nèi)壁面的光潔度，以減小紊流附面層中的渦流強度；在保證排氣門剛 度和強度的條件下，盡可能地減小排氣門桿直徑，等等。這是非增壓四沖程機明顯的低頻部分的基頻噪聲消失了，而渦輪機本身所具有的高頻渦流噪聲仍然具有較高的噪聲。 ②同一功率的發(fā)動機，往往汽油機的缸數(shù)較多，因而改善了排氣系統(tǒng)中的氣流脈動。③為了保證掃氣效果，二沖程發(fā)動機不宜采用結(jié)構(gòu)復雜的消聲器。 2)不同類型發(fā)動機排氣噪聲的比較 同等功率的二沖程機比四沖程機的排氣噪聲大，主要原因是：①二沖程機為了充分換氣，一般比四沖程機排氣開始時刻早，因而排氣開始時氣缸壓力較高，故排氣噪聲大些。 Vh 為發(fā)動機排量， l。這就說明 發(fā)動機在全負荷時，各轉(zhuǎn)速下的排氣壓力變化是不大的 。 由于排氣壓力與發(fā)動好幾負荷密切相關(guān)，因此，排氣噪聲在空負荷 和全負荷時差別較大。 以一臺 4 缸、 2 升的柴油機，在空負荷、不同排氣系統(tǒng)時的排氣噪聲與傳遞作比較。 影響排氣噪聲的主要因素 1)發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負荷對排氣噪聲的影響 影響排氣噪聲的主要因素是：氣缸壓力、排氣門直徑、法定及排量以及排氣門開啟特性等。影響排氣噪聲的主要因素有：氣缸壓力、排氣門直徑、發(fā)動機排洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 量以及排氣門開啟特性等。當排氣門開啟時，高溫高壓的排氣由氣缸內(nèi)已接近當?shù)芈曀俚牧魉倥湃肱艢夤苤?，在排氣門附近發(fā)生壓力劇變，形成強烈的壓力擾動波。在對圖案有特別要求的情況下，還有的使用鍍 Cr不銹鋼鋼管或熱浸鍍鋁不銹鋼鋼管。出于美觀和防腐的需要，有的外殼或末端板采取鍍鋁處理。目前，YUS436S 正被廣泛用 作排氣系統(tǒng)用零部件。結(jié)果可知，添加 Cr 和 Mo 能有效地抑制不銹鋼在冷凝液中發(fā)生局部腐蝕，于是開發(fā)了 YUS436S（ ）。新日鐵提出了半浸漬加熱循環(huán)試驗法（下稱 NSC試驗法）。最初采用的是高 Cr、耐蝕性好的 YUS180 和減少 Si 含量、提高加工性的 YUS180S。為抑制在這種環(huán)境下發(fā)生點腐蝕，有效的辦法是添洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 加 Cr 和 Mo，基于這一點考慮，目前正在加快材料的開發(fā)。對于催化轉(zhuǎn)換器的外殼，大部分是使用 SUS430（ 17Cr）系不銹鋼，但隨著排氣溫度的升高，目前還有的正在使用 SUS430J1L 或 SUS429 系等高 溫特性更好的鐵素體系不銹鋼。為提高氧化皮膜的密封性，還有的添加了少量 Hf、 Y、 Ce 等稀土類金屬元素（ REM）。 3）催化轉(zhuǎn)換器 對于催化轉(zhuǎn)換器用箔材的要求是抗氧化性要好，因此使用了 FeCrAl系鐵素體不銹鋼。 作為今后的發(fā)展趨勢，低成本、抗氧化性和熱疲勞特性好的鐵素體系不銹 鋼毫無疑問將成為主流。另外，由于排氣歧管具有復雜的形狀，因此希望提高成形性，使加工變得更加容易。 實際汽車排氣系統(tǒng)零部件材料會因周圍部件的影響而在約束狀態(tài)下承受反復的熱滯后，所以其熱疲勞特性是 很重要的，但在實際中是無法獲得100%約束率，因此在約束率低的情況下 NbTi混合添加對提高熱疲勞特性非常有效。但是，當約束為 50%時， NbTi 混合添加鋼的熱疲勞壽命會大大延長，超過 Nb單獨添加鋼的熱疲勞壽命。這是由于添加 Ti 可抑制粗大 Nb 碳化物（ M6C）析出的緣故。因此，為抑制這種固溶 Nb 量的下降造成高溫強度下的下降，研究了 NbTi 混合添加的作用。另外，Mo 和 Nb 在固溶狀態(tài)下有助于高溫強度化。由此可以提高高溫特性，尤其是可以提高熱疲勞特性。另一方面，近年來隨著排氣規(guī)定的強化，排氣溫度變得更高，如果達到 950℃，以往的材料就無法適應(yīng)，因此開發(fā)了增加 Cr 和 Nb 添加量、再添加 Mo，以此提高抗氧化性和高溫強度的YUS190EM（ 19Cr2MoNbTi）。其后，由于排氣規(guī)定的強化，為適應(yīng)排氣溫度的升高，采用了高溫特性好、添加 19%CrNb 的 YUS180（ 19CrNb）。因此，鐵素體系不銹鋼鋼種主要可用作排氣歧管。另一方面，鐵素體系不銹鋼的抗氧化性好，但高溫強度不如奧氏體系不銹鋼。 排氣歧管所用的不銹鋼有奧氏體系不銹鋼和鐵素體系不銹鋼。在設(shè)計排氣尾管的時候，為了有效控制排除尾氣的排出方向，可以將尾氣排器口設(shè)計成“鴨嘴”行或者是朝下 45 度開斜口。 5）排氣尾管 發(fā)動機的末端管的設(shè)計必須合理，必須保證客車排出的尾氣不至于吹到車身上，也不能是排出的尾氣被吸進空氣濾清器 ，影響發(fā)動機的工況。 同時，消聲器體積要小，結(jié)構(gòu)要簡單合理、堅固耐用。另外，在消聲器空腔內(nèi)，一般要發(fā)生許多共振，因而在高頻區(qū)域要產(chǎn)生較多的通過頻率，消聲器的效果也就變得復雜起來。一個好的消聲器在其工作氣流的溫度、壓力環(huán)境下，在需要的頻率范圍內(nèi)應(yīng)有 效的消聲效果和較小的阻力損失。 4） 消聲器 排氣消 聲 器是一種既能讓氣流通過，又能消除或減弱排氣噪聲的有效裝置，是控制氣流噪聲的主要裝置。蜂 巢上的型芯是把平箔材和波浪狀箔材卷起后通過釬焊等焊接結(jié)合而成的。使用鐵素體系不銹鋼箔材的原因是它的熱沖擊特性小且熱容量小的緣故。催化轉(zhuǎn)換器安裝在排氣歧管下面或底盤下面等，因此要能夠經(jīng)受住高溫和 振動等苛刻條件的考驗。在設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)具體要求來選擇。這兩種方式各有特點。同時，為了減輕排氣管的熱膨脹應(yīng)力，在排 氣管路采用熱補償裝置。當排氣管過長時，要考慮增加輔助支撐來固定排氣管，減少因排氣管過長所產(chǎn)生的彎矩、扭矩對發(fā)動機排氣歧管渦輪增壓器產(chǎn)生影響。排氣管不能因為自身的重量及產(chǎn)生的慣性、彎矩和相對運動或因其受熱膨脹產(chǎn)生形變而影響排氣歧管和渦輪增壓器的正常工作，以至于過載產(chǎn)生附加應(yīng)力，造成損壞。它與排氣管之間通過撓性法蘭或者彈性波紋管聯(lián)接。作為客車生產(chǎn)廠家，只要買進發(fā)動機總成就可以了。 1） 排氣歧管 排氣歧管 ，又叫排氣支管， 是發(fā)動機 的一個重要組件，它的設(shè)計是一項很專業(yè)化的工作?？蛙嚺艢庀到y(tǒng)是主要是排放發(fā)動機工作所排出的廢氣，同時使排出的廢氣污染減小，噪音減小。 排氣系統(tǒng)從靠近發(fā)動機的方向開始，由排氣歧管、前管、撓性管、催化轉(zhuǎn)換器、中心管、主消音器和末端管等 7 個零部件構(gòu)成。它的設(shè)計質(zhì)量直接關(guān)系到客車的動力性、舒適性和安全性能。 汽車排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及其功能 排氣系統(tǒng)是客車底盤一個重要的組成部分。 4） 排出的廢氣必須擴散，以免對進氣的清潔功能、冷卻系統(tǒng)的效率、發(fā)動機合適的環(huán)境和運轉(zhuǎn)產(chǎn)生不良影響。 2） 排氣系統(tǒng)中的元件不得承受由于重量、慣性力、元件的相對運動或由于過 熱膨脹產(chǎn)生的直徑變化而引起的過大應(yīng)力。 4）預(yù)測分析各改進消聲器的綜合性能，選擇綜合最優(yōu)的消聲器結(jié)構(gòu)，并繪制 排氣系統(tǒng) 裝配 圖 和零件圖。 2） 采用基于相關(guān)聲學分析的方法，分析消聲器結(jié)構(gòu)參數(shù)等對消聲器內(nèi)部流場、聲場等的影響，從而研究消聲器中的流場、壓力損失、再生噪聲等對消聲器性能的影響，為消聲器的設(shè)計與改進提高依據(jù)。本文針對某一典型發(fā)動機排氣系統(tǒng)，設(shè)計了消聲器，預(yù)測了其綜合性能。 性能的影響因素。 本課題的主要研究 目的 與 內(nèi)容 不同類型汽車的排氣系統(tǒng)大都一樣，但不同類型汽車發(fā)射的噪聲功率和頻譜特性有很 大差異。 綜上所述，在消聲器聲學特征和空氣動力特性預(yù)測分析方面前人已做了大量的工作，在形成了很多好的理論和方法供我們借鑒和參考。 1998 年大連理工大學的季振林等使用傳遞矩陣和邊界發(fā)計算了整個排氣消聲系統(tǒng)的四極參數(shù)，使用雙負載法和特征線法確定發(fā)動機的聲源阻抗和強度，實現(xiàn)內(nèi)燃機排氣噪聲和消聲器 插入損失預(yù)測，并與實測結(jié)果相吻合良好。 消聲器在國內(nèi)的研究也經(jīng)歷了由早期的實驗方法到一維平面波理論的輔助分析以及現(xiàn)在的三維數(shù)值模擬分析，從單純考慮聲學特性到考慮流速溫度的影響過程。當聲波長遠大于截面幾何尺寸，且噪聲頻率不太高時，平面波假設(shè)與實際情況比較一致。 針對 氣流對消聲器性能的影響，各國學者導出了存在氣流時的聲傳遞矩陣，這就是線性聲學的聲波分析法。五十年代后期， Igarashi 等人利用等效電路的方法計算了消聲器的傳遞矩陣。這種原理只在聲波遠大于消聲器尺寸時才成立。但在我國 應(yīng)用最多的還是無源消聲器。其中抗性消聲器 又 發(fā)展為擴張式消聲器、共振式消聲器、無源干涉消聲器以及近幾年我國學者研究出來的微穿孔板消聲器等。經(jīng)過眾多前人長期的研究，消聲器的結(jié)構(gòu)形式和計算方法都得到了不斷完善。洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 第 1 章 緒論 . 汽車排氣系統(tǒng)的 國內(nèi)外 研究 狀況 排氣系統(tǒng) 在 汽車 的 發(fā)動機上 起著重要的作用，而消聲器作為排氣系統(tǒng)的一部分，作用更是不言而語。 洛陽理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 (2)廢氣渦輪增壓器的應(yīng)用可降低排氣噪聲，但最有效的方法還是采 用高消聲技術(shù)，使用低功率損耗和寬消聲頻率范圍的排氣消聲器。 排氣噪聲是汽車及發(fā)動機中能量最大最主要的噪聲 源，除基頻噪聲及其高次諧波噪聲外，排氣噪聲還包括排氣總管和排氣歧管中存在的氣柱共振噪聲、氣門桿背部的渦流噪聲、排氣系統(tǒng)管道內(nèi)壁面的紊流噪聲等，此外，排氣噪聲還包括廢氣噴射和沖擊噪聲。對排氣系統(tǒng)的要求是：在盡可能低的排氣流動阻力下，排出盡量少的有害物質(zhì)；并在車輛的特定部位，以盡可能低的熱輻射，盡可能少的噪聲排氣。 傳統(tǒng)的排氣系統(tǒng)內(nèi)消聲器設(shè)計主要是一維平面波理論，但該理論難以正確模擬三維波動效應(yīng)等實際因素的影響，分析結(jié)果相對不準確。但消聲器在 降低排氣噪聲的同時增加了排氣阻力，提高了排氣背壓，從而影響了發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性?？梢姡刂婆艢庠肼暿侵刂兄亍? 發(fā)動機噪聲是汽車的主要噪聲源，要降低整車噪聲，應(yīng)首先從降低發(fā)動機噪聲入手。 為了限制交通噪聲污染，各國大都制定了嚴格的相關(guān)法規(guī)，而且每隔幾年就要修 改一次。s lives .Automobile exhaust noise is one of the main noise source of automobile, and the automobile exhaust system performance determines the exhaust noise level. Therefore, a good set of exhaust system with a muffler is better for reducing engine exhaust noise effectively, so the exhaust system muffler design is being paid more and more attention. In this paper, based on the prehensive analysis of the automotive exhaust system, the exhaust system performance, but also on the muffler and exhaust system design method. Establishment of the exhaust system analysis model, using finite element analysis software for automotive exhaust system characteristics of sound field calculation, system field distribution, summarizes the structure parameters and the perforated tube muffler performance influence .The results of simulation analysis on exhaust performance of the whole system has important guiding significance for optimization. Through research and analysis, summed up the development of exhaust muffler design process, typical anechoic