【正文】 高了排氣背壓，從而影響了發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。傳統(tǒng)的排氣系統(tǒng)內(nèi)消聲器設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等實際因素的影響，分析結(jié)果相對不準確。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。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。 (2)廢氣渦輪增壓器的應用可降低排氣噪聲，但最有效的方法還是采用高消聲技術，使用低功率損耗和寬消聲頻率范圍的排氣消聲器。 第1章 緒論.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。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。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。但在我國應用最多的還是無源消聲器。這種原理只在聲波遠大于消聲器尺寸時才成立。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。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。當聲波長遠大于截面幾何尺寸，且噪聲頻率不太高時，平面波假設與實際情況比較一致。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。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測，并與實測結(jié)果相吻合良好。綜上所述，在消聲器聲學特征和空氣動力特性預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。 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。性能的影響因素。本文針對某一典型發(fā)動機排氣系統(tǒng)，設計了消聲器，預測了其綜合性能。2）采用基于相關聲學分析的方法，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，為消聲器的設計與改進提高依據(jù)。4）預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）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力。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。排氣系統(tǒng)是客車底盤一個重要的組成部分。它的設計質(zhì)量直接關系到客車的動力性、舒適性和安全性能。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?？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。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，它的設計是一項很專業(yè)化的工作。作為客車生產(chǎn)廠家，只要買進發(fā)動機總成就可以了。它與排氣管之間通過撓性法蘭或者彈性波紋管聯(lián)接。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)生附加應力，造成損壞。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。同時，為了減輕排氣管的熱膨脹應力，在排氣管路采用熱補償裝置。這兩種方式各有特點。在設計時，應根據(jù)具體要求來選擇。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。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。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。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。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)應有效的消聲效果和較小的阻力損失。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。同時，消聲器體積要小，結(jié)構(gòu)要簡單合理、堅固耐用。5）排氣尾管發(fā)動機的末端管的設計必須合理，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。在設計排氣尾管的時候，為了有效控制排除尾氣的排出方向，可以將尾氣排器口設計成“鴨嘴”行或者是朝下45度開斜口。 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。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。因此，鐵素體系不銹鋼鋼種主要可用作排氣歧管。其后，由于排氣規(guī)定的強化，為適應排氣溫度的升高，采用了高溫特性好、添加19%CrNb的YUS180（19CrNb）。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，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）。由此可以提高高溫特性，尤其是可以提高熱疲勞特性。另外，Mo和Nb在固溶狀態(tài)下有助于高溫強度化。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。這是由于添加Ti可抑制粗大Nb碳化物（M6C）析出的緣故。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。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。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。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。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。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）。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。為抑制在這種環(huán)境下發(fā)生點腐蝕，有效的辦法是添加Cr和Mo，基于這一點考慮，目前正在加快材料的開發(fā)。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。新日鐵提出了半浸漬加熱循環(huán)試驗法（下稱NSC試驗法）。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（）。目前，YUS436S正被廣泛用作排氣系統(tǒng)用零部件。出于美觀和防腐的需要，有的外殼或末端板采取鍍鋁處理。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。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校谂艢忾T附近發(fā)生壓力劇變，形成強烈的壓力擾動波。影響排氣噪聲的主要因素有：氣缸壓力、排氣門直徑、發(fā)動機排量以及排氣門開啟特性等。 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。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。由于排氣壓力與發(fā)動好幾負荷密切相關，因此，排氣噪聲在空負荷和全負荷時差別較大。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。 Vh為發(fā)動機排量，l。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。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。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。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。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。第3章 汽車排氣系統(tǒng)消聲器的開發(fā)設計 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。 阻性消聲器主要是利用多孔吸聲材料來降低噪聲的。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。因此，人們就把這種消聲器稱為阻性消聲器。 抗性消聲器是由突變界面的管和室組合而成的，好象是一個聲學濾波器，與電學濾波器相似，每一個帶管的小室是濾波器的一個網(wǎng)孔，管中的空氣質(zhì)量相當于電學上的電感和電阻，稱為聲質(zhì)量和聲阻。與電學濾波器類似，每一個帶管的小室都有自己的固有頻率。選取適當?shù)墓芎褪疫M行組合．就可以濾掉某些頻率成分的噪聲，從而達到消聲的目的。 把阻性結(jié)構(gòu)和抗性結(jié)構(gòu)按照一定的方式組合起來，就構(gòu)成了阻抗復合式消聲器。選擇不同的穿孔率和板厚不同的腔深，就可以控制消聲器的頻譜性能，使其在需要的頻率范圍內(nèi)獲得良好的消聲效果。小孔消聲器的原理是以噴氣噪聲的頻譜為依據(jù)的，如果保持噴口的總面積不變而用很多小噴口來代替，當氣流經(jīng)過小孔時、噴氣噪聲的頻譜就會移向高頻或超高頻，使頻譜中的可聽聲成分明顯降低，從而減少對人的干擾和傷害。這種消聲器是一套儀器裝置，主要由傳聲器、放大器、相移裝置、功率放大器和揚聲器等組成。這種噪聲呈現(xiàn)出明顯的寬頻帶特征，隨著內(nèi)燃機結(jié)構(gòu)、種類以及內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速等的不同，將會有不同形狀的頻譜。排氣噪聲的組成主要分為：低頻脈動噪聲、排氣管道內(nèi)的氣柱噪聲、氣缸的赫爾姆霍茨共振噪聲、高速氣流在通過排氣門環(huán)隙及曲折的管道時所產(chǎn)生的噴注噪聲、渦流噪聲以及排氣系統(tǒng)在管內(nèi)壓力波激勵下所產(chǎn)生的再生噪聲形成連續(xù)性高頻噪聲。大量實驗表明，排氣噪聲的強弱與內(nèi)燃機的類型、排量、功率、轉(zhuǎn)速、平均有效壓力和排氣口的面積直接相關，且氣噪聲隨排量、轉(zhuǎn)速、功率、平均有效壓力的增加而提高。k為諧波序數(shù)；τ為沖程系數(shù)，對于二沖程 τ=1 ，四沖程τ= 2。 車輛類型(A)功率損失比.%摩托車20~255載重汽車20~255工程車輛15~305大中型客車25~305小轎車30~405按照消聲機理不同，可將消聲器分為阻性消聲器、抗性消聲器和阻抗復合式消聲器三大類：阻性消聲器主要利用吸聲材料增大聲阻來消聲，具有良好的中、高頻消聲效果；抗性消聲器則是利用管道截面突變、旁支管和共振腔等造成聲傳播時阻抗失配(主要是聲抗)，從而達到消聲的目的，具有良好的低、中頻消聲效果；阻抗復合型消聲器是綜合上述兩種消聲器的特