汽车排气消声器声学性能改进研究
陈琪1，2，兰凤崇1，2，陈吉清1，2，黄培鑫1，2
（1.华南理工大学机械与汽车工程学院，广东广州510641；2.广东省汽车工程重点实验室，广东广州510641）
来稿日期：2017-11-17
基金项目：广东省科技计划项目（2015A080803002，2013B010402006）作者简介：陈琪，（1991-），男，湖北黄冈人，硕士研究生，主要研究方向：车身结构与安全；
兰凤崇，（1959-），男，吉林长春人，博士研究生，教授，主要研究方向：车身结构与安全及汽车现代设计方法研究
1 引言
消声器的传统设计方法主要是基于经验进行试制，该方法周期长、成本高，效果并不理想；合理运用数值方法和等效模型，能够通过仿真来高效地给出科学可靠的消声器方案[1-10]。利用数值仿真方法对消声器进行性能优化的研究有很多，文献[1]利用声传递矩阵分析了进排气管内伸长度、支撑板间距、穿孔管等参数对消声器传递损失的影响，发现内伸管在某一长度时传递损失最大并且穿孔管直径越大传递损失越小；文献[3]用CFD 法研究了简单消声器的压力损失随消声器结构参数和边界条件的变化规律；文献[5]建立了复杂结构的消声器三维有限元模型，并详细分析了隔板、内插管位置以及进气口位置与消声器传递损失的关系，指出小的分隔比有利于提高高频传递损失；文献[7]在GT 软件中建立了插入损失模型和压力损失模型，确定设计方案并验证了所设计的消声器性能良好。消声器由简单的经验设计转向CAE 分析，结合经验和测试成为趋势[9]。关于从发动机—消声器耦合系统的角度，结合仿真和试验来给出消声器方案的研究总体上有待完善
和深入，工程工作者应予以充分关注；我国一些自主研发企业经常在消声器新产品小批量投产后依然受到排气噪声等问题的困扰，说明企业开发者在这方面的投入应予以足够重视。主要以某SUV 车型配备的4G69发动机及其匹配的消声器为研究对象，建立GT-power 发动机-消声器的排气系统耦合模型，采用实验与仿真的方法，结合https://www.doczj.com/doc/8814429416.html,b 对消声器性能进行了分析，并提出了结构改进方案。
2 耦合模型的建立
2.1 理论基础
声振现象主要通过声速、声压及质点振动速度等声场变量来研究其规律，声场变量的控制方程即为声波方程。理论分析有几个基本假设：（1）介质为理想流体，并且声波在其中传播能量零损耗；（2）介质均匀连续，其静态密度和静态压强为常数，且其初速为零；（3）声传播过程绝热；（4）介质中传播的是小振幅声波，各声场变量都是一阶微量，可以用线性波动方程描述。基本假设前提下，消声器声波方程为：
摘要：为改善某消声器声学性能，利用GT-power 建立了发动机—消声器的耦合模型，对耦合模型进行仿真分析，得到
了消声器的插入损失和排气背压，并通过对比台架试验数据验证了耦合模型的可靠性。以尽量不影响排气背压为条件，以提升消声器插入损失为目标，根据LMS 的仿真和声场云图分析，提出了切合实际的改进方案。改进后的仿真分析和验证实验表明，改进方案在排气背压改变不大的前提下，有效地提升了消声器的降噪效果。文章的研究对汽车排气系统中消声器的选配具有重要的工程参考意义。关键词：消声器；性能；插入损失；噪声中图分类号：TH16；U464.134
文献标识码：A
文章编号：1001-3997（2018）04-0172-04
Study on Acoustic Performance lmprovement of Automotive Muffler
CHEN Qi 1，2，LAN Feng-chong 1，2，CHEN Ji-qing 1，2，HUANG Pei-xin 1，2
（1.School of Mechanical and Automotive Engineering ，South China University of Technology ，Guangdong Guangzhou 510641，China ；2.Guangdong Provincial Key Laboratory of Automotive Engineering ，Guangdong Guangzhou 510641，China ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：To improve the acoustic performance of a muffler in passenger vehicle ，An Engine-muffler coupled model is built ，on which the Insertion Loss and back pressure of exhaust system are simulated and analysed with GT -power soft ，and the
model was proved to be reliable by comparison with the bench tests results.An improved design is given with Increasing the Insertion Loss as objective and keeping the back pressure as premise according to the simulation and analyses of the muffler's sonic nephogram in LMS soft.The simulation and the experimental results indicate that the improvement scheme improves the acoustic performance effectively and keeps the back pressure not change so much.The research is a valuable engineering reference for muffler matching of the automotive exhaust system.Key Woｒdｓ：Muffleｒ；Peｒfoｒmａnｃe ；Inｓeｒｔion Loｓｓ；Noiｓe
Machinery Design ＆Manufacture
机械设计与制造
第4期2018年4月
172
万方数据
Q/CC 汽车排气消声器技术条件 Automotive exhaust muffler technology specification xx汽车股份有限公司发布
目次 前言................................................................................. II 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语 (1) 4 技术要求 (2) 5 试验方法 (3) 6 检验规则 (6) 7 标志、包装、运输、贮存、质量保证 (7)
前言 本标准是对Q/CC JT003—2006《汽车排气消声器技术条件》的修订。 本标准修订过程中主要参考了QC/T 631-1999 《汽车排气消声器性能技术条件》和QC/T 630-1999 《汽车排气消声器性能试验方法》这两个行业标准，同时也参考了日本等主要汽车生产国的最新相关标准制定的。 本标准与Q/CC JT003—2006相比，主要变化如下： ----删除了“4 技术要求”中的抗回火性能、防火要求等项； ----删除了“4 技术要求”中的加速行驶试验； ----增加了“5 试验方法”中详细的试验步骤； ----增加了“5 试验方法”中有关填充纤维材料的消声系统或部件的附加技术条件； ----增加了“8 质量保证”。 本标准自实施之日起，代替Q/CC JT003—2006。 本标准的附录A是资料性附录。 本标准由xx汽车股份有限公司技术研究院提出。 本标准由xx汽车股份有限公司技术研究院标准化科归口。 本标准起草单位：xx汽车股份有限公司技术研究院开发中心、K平台部。 本标准主要起草人：曾雷、马立辉。
排气消声系统设计技术规范 目录 一、主题与适用范围 1、主题 2 、适用范围 二、排气消声系统的总称说明及功用 三、设计应用 1 、设计规则和输入 2 、设计参数的设定 2.1 尺寸及重量 2.2 排气背压 2.3 功率损失比
2.4 净化效率 2.5 加速行驶车外噪声 2.6 插入损失及传递函数 2.6.1 插入损失 2.6.2 传递函数 2.7 尾管噪声 2.8 定置噪声 2.9 振动 3 、系统及零部件的设计
3.1 系统布置 3.1.1 布置原则 3.1.2 间隙要求 3.1.3 吊钩位置的选取 3.1.4 氧传感器孔的布置 3.2 消声器的容积确定 3.3 排气管径的选取 3.4 消声器 3.4.1 消声器的截面形状 3.4.2 消声器内部结构 3.5 补偿器 3.5.1 波纹管 3.5.2 球形连接 3.6 橡胶吊环 3.7 隔热部件 3.8 材料选择 3.8.1 排气管、消声器内组件 3.8.2 消声器外壳体四、参考文献列表
一、主题与适用范围 1、主题: 本指南规定了与汽车发动机相匹配的排气消声系统的系统匹配，零部件设计。 2、适用范围: 本指南适用于装汽油M1 、N1 类车的排气消声系统设计。 二、排气消声系统的总成说明及功用 排气系统包括排气歧管、排气管、排气净化装置、排气消声装置、隔热部件、弹性吊块等。一般地，排气系统具有以下一些功用： (1) 引导发动机排气，使各缸废气顺畅的排出； (2) 由于排气门的开闭与活塞往复运动的影响，排气气流呈脉动形式，排气门打开时存在一定的压力，具有一定的能量，气体排出时会产生强烈的排气噪声，气体和声波在管道中摩擦也会产生噪声,因此在排气系统装有排气消声器来降低
车辆排气系统设计规范
车辆排气系统设计规范 1、目的 随着环保法规对车辆排放的要求越来越高，排气系统在车辆的系统组成和系统设计中，越来越占有重要的地位。为使排气系统满足各阶段国家及地方法规的要求，提高对排气系统的设计和制造质量水平，需对车辆的排气系统的设计提出较规范的要求，以便在设计和制造过程中，参照执行。 2、设计规范 2.1 排气系统及消声器的设计输入 2.1.1 车辆产品的排气系统的配置和走向，依所配车辆的总体结构布置的需要来设计。而消声器的性能开发则需要依所配发动机及其对排气系统的具体要求。在初步设计选型时，应将发动机的有关性能参数及其上的关键件的基准要素等（如曲轴箱后端面与曲轴主轴线的交点坐标、动力线偏移量及倾角等），作为设计条件输入设计，作为消声器选型及性能开发的依据之一。并根据国家、地方及企业有关法规和标准的要求，对系统和消声器的性能设计目标提出要求，见附录1。 2.1.2 排气系统及其消声器在进行初步选型设计时，必须对系统进行结构方案分析和匹配计算分析，并提供选型设计分析报告，见附录2。 2.2 设计原则 2.2.1 排气系统及其消声器的设计，应使排气阻力尽可能的小，以使其对发动机的功率损失尽可能小。 2.2.2 排气系统及其消声器要有较好的音质和较低的音强，即应有较大的插入损失。 2.2.3 排气系统及其消声器要有较好的外观和内在质量及较长的使用寿命。 2.3 排气系统的设计要求和布置 2.3.1 排气管内径的确定在结构布置允许的情况下，排气管内径应尽可能大些，以降低管道内得气流速度，减少气流阻力产生的功率损失和再生噪声。一般应≥发动机排气歧管出口内径。或根据发动机排量等参数，按公式(1) 计算初步确定排气管内径。 D=2 √Q/(πV) (1) 式中：Q—发动机排量；V—气流速度，一般取50~60 m/s 。 2.3.2 排气管的布置和转弯，应使排气尽可能顺畅。管的中心转弯半径一般应≥（1.5~2）D，其折弯成型角应大于90o，以大于120o为宜。整个系统的管道转弯数应尽可能少，一 １
消声器的设计制造技术 本文论述了微穿孔板声学结构的机理特点及其在吸声、消声及隔声领域的应用，并提供了本安百利辅机厂消声器的产品设计性能、规格以及制造工艺技术，可供专业人员参考。 【关键词】微穿孔板 吸声 消声 喷阻 岩棉 一、 前言 著名的声学专家、科学院院士马大猷教授一九七五年在《中国科学》上发表了独创的《微穿孔板吸声结构的理论和设计》论文。二十多年来，根据马先生的理论，微穿孔板结构得到了迅速发展，并在各个领域广泛应用。我安百利电力辅机厂是把马先生的理论应用于实践的单位之一，生产制造了各种规格的不同类型的消声器，并将小孔喷注和微穿孔板吸声结构成功结合于抗阻型消声器中,并采用不锈钢制造,使消声器不怕水，耐温防火，清洁，无污染，可耐高温，耐腐蚀，能承受高连气流冲击。经过上百家电厂及大型锅炉排汽使用后,在吸声降噪方面已经得到实践经验。被列为重要环保降噪工程单位。 本文重点介绍微穿孔板消声器的设计制造技术,同时概述微穿孔板的加工制造技术。小孔喷注消声器的设计制造请看下一篇 二、 微穿孔板吸声结构： 在板厚小于1.0毫米的薄板上穿以孔径小于1.0毫米的微孔，穿孔率在1～5%之间，后部留有一定的厚度（5～20cm）的空气层，空腔内不填任何吸声材料，这样即构成了微穿孔板吸声结构。常用单层或双层微穿孔板结构形式。微穿孔板吸声结构是一种低声质量、高声阻的共振吸声结构，其性能介于多孔吸声材料和共振吸声结构之间，其吸声频带宽度可优于常规的穿孔板共振吸声结构。研究表明，表征微穿孔板吸声特性的吸声系数和频带宽度，主要由微穿孔板结构的声质量m和声阻r来决定，而这两个因素又与微孔直径d及穿孔率p有关。微穿孔板吸声结构的相对声阻抗Z（以空气的特性阻抗ρC为单位）用式（1）计算： z=r+jwm=jctg(WD/C) （1） 式中： ρ -- 空气密度（公斤/厘米3）； C -- 空气中声速（米/秒）； D -- 腔深（穿孔板与后壁的距离）（毫米）； m -- 相对声质量； r -- 相对声阻； w -- 角频率，W=2πf(f为频率)； 而r和m分别由式（2）（3）表达： r=atkr/dzp （2） m=(0.294)×10-3tkm/p （3） 式中： t-- 板厚（毫米） d-- 孔径（毫米） p-- 穿孔率（%） kr-- 声阻系数 kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8×d/t km--声质量系数 km=1+(1+(1/(9+(x2/2))))+0.85d/t 其中x=ab f，a和b为常数，对于绝热板a=0.147,b=0.32对于导热板a=0.235，b=0.21。声吸收的角频带宽度，近似地由r/m决定，此值越大，吸声的频带越宽。 r/m=(l/d2)×(kr/km) (4) 式中 l-- 常数，对于金属板l=1140,而隔热板l=500。 上式也可以用式（5）表达 r/m=50f((kr/km)/x2) (5) 而kr/km的近似计算式为 kr/km=0.5＋0.1x＋0.005x2 (6) 利用以上各式就可以从要求的r、m 、f求出微穿孔板吸声结构的x、d、t、p等参量。由于微穿孔板的孔径很小且稀，基声阻r值比普通穿孔板大得多，而声质量m又很小，故吸声频带比普通穿孔板共振吸声结构大得多，一般性能较好的单层或双层微穿孔板吸声结构的吸声频带宽度可以达到6～10个1/3信频程以上。这就是微穿孔板吸声结构最大的特点。
1.1 主题 本指南制订了与汽车发动机相匹配的消声排气系统的开发流程及设计指南； 1.2 适用范围 本指南适用于汽车消声排气系统的设计开发
2. 参考标准和相关文件 QC/T 631—1999 汽车排气消声器技术条件 QC/T 630—1999 汽车排气消声器性能试验方法 QC/T 58—1993 汽车加速行驶车外噪声测量方法 QC/T 10125—1997 人造气氛腐蚀试验盐雾试验 3.定义 3.1 排气消声器 排气消声器是具有吸声衬里或特殊形式的气流管道，可有效的降低气流噪声的装置。 3.2 插入损失 消声器的插入损失为装消声器前后，通过排气口辐射的声功率级之差。 3.3 排气背压 按QC/T524设置排气背压测量点，当分别带消声器和带空管时，测点处的相对压力值之差。 3.4 功率损失比 消声器的功率损失比是指发动机在标定的工况下，使用消声器前后的功率差值和没有使用消声器时功率的百分比。 4.开发流程及设计指南 4.1 接受产品开发任务并做好开发前的准备工作 开发之初，需要了解如下信息，作为设计输入： 1、发动机的排量、额定功率、额定扭矩等相关参数； 2、整车底盘走向，空间布局； 3、发动机对排气背压、功率损失比的要求； 4、噪声标准的制定； （1）、插入损失大于35dB； （2）、整车车外加速噪声小于74 dB； 4.2 方案设计 1、消声器的容量设计计算 消声器的容量关系到发动机的功率和扭矩，因此容量的设计将决定整车的动力性。一般地，消声器的容量有如下的计算公式： Ｖm＝k×P Ｖm＝消声器的容量（L） K＝0.14 P＝输出功率(Ps) 2、消声器的位置确定
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1. 主题与适用范围 1.1 主题 本指南制订了与汽车发动机相匹配的消声排气系统的开发流程及设计指南； 1.2 适用范围 本指南适用于汽车消声排气系统的设计开发 2. 参考标准和相关文件 QC/T 631—1999 汽车排气消声器技术条件 QC/T 630—1999 汽车排气消声器性能试验方法 QC/T 58—1993 汽车加速行驶车外噪声测量方法 QC/T 10125—1997人造气氛腐蚀试验盐雾试验 3.定义 3.1 排气消声器 排气消声器是具有吸声衬里或特殊形式的气流管道，可有效的降低气流噪声的装置。 3.2 插入损失 消声器的插入损失为装消声器前后，通过排气口辐射的声功率级之差。 3.3 排气背压 按QC/T524设置排气背压测量点，当分别带消声器和带空管时，测点处的相对压力值之差。 3.4 功率损失比 消声器的功率损失比是指发动机在标定的工况下，使用消声器前后的功率差值和没有使用消声器时功率的百分比。 4.开发流程及设计指南 4.1 接受产品开发任务并做好开发前的准备工作 开发之初，需要了解如下信息，作为设计输入： 1、发动机的排量、额定功率、额定扭矩等相关参数； 2、整车底盘走向，空间布局； 3、发动机对排气背压、功率损失比的要求； 4、噪声标准的制定； （1）、插入损失大于35dB； （2）、整车车外加速噪声小于74 dB；
4.2 方案设计 1、消声器的容量设计计算 消声器的容量关系到发动机的功率和扭矩，因此容量的设计将决定整车的动力性。一般地，消声器的容量有如下的计算公式： Ｖm＝k×P Ｖm＝消声器的容量（L） K＝0.14 P＝输出功率(Ps) 2、消声器的位置确定
消音器设计计算书 由于中国当前对消音器的设计, 还没有统一的标准规范能够遵照执行, 大多数厂家均根据自己的经验来设计制作, 且技术又相对保密的。因此本消音器的设计, 经查阅大量资料, 采用科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论, 采用节流降压与小孔消音的原理结合现场实际情况来设计解决环境噪声超标的难题。 消音器的工艺参数为: 蒸汽排放绝对压力: 40 kg/ cm2, 排汽温度: 390℃, 蒸汽比容ρ: 0.0721 m3/ kg, 排汽流量 Q: 8t/h; 噪声达到110dB以上, 要求消音器的噪声小于85dB 的环保要求。 一、设计原理。 复合式小孔喷注消音器是利用节流作用降低小孔喷注前的驻压, 预先消耗部分声能, 再dB与小孔降噪相结合, 达到较高的消声量; 其原理是利用节流降压与小孔喷注两种消声机理, 经过适当结构复合而成的。 1. 小孔喷注消音器 小孔喷注消音器的设计机理是根据科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论, 从发声机理上使它的干扰噪声减少, 由于喷注噪声峰值频率与喷口直径成反比, 若喷口直径变小, 喷口辐射的噪声能量将丛低频移向高频, 于是低频噪声被降低, 高频噪声反而增高, 当孔径小到一定值
( 达到mm级) , 实验表明, 当孔径≤4mm时具有移频作用, 喷注噪声将移到人耳不敏感的频率范围( 听觉最敏感的区域250~5000赫兹) ; 根据这一机理将一个大的喷口改为许多小孔来代替, 便能达到降低可听声的目的。从实用角度考虑, 孔径不能选得过小, 因为过小的孔径不但难于加工, 同时易于堵塞, 影响排汽。一般选用直径1~3mm的小孔为宜。 2.节流降压消音器 节流降压消音器是利用节流降压原理而制成的。根据排汽流量的大小, 适当设计通流截面, 使高压气体经过节流孔板时, 压力都能最大限度地降低到临界值。这样经过多级节流孔板串联, 就能把排空的一次压降分散到若干个小的压降。由于排汽噪声功率与压力降的高次方成正比例, 因此把压力突变排空改为压力在消音器内就逐渐降下来再排空, 这样能使消音器内流速控制在临界流速下, 不致产生激波噪声, 压力在最大限度地降到临界值, 使消音器获得较好的消声效果。同时节流降压后小孔喷注层的驻压大大变小, 小孔喷注层强度设计所需的壁厚也大为减薄, 这样给小孔喷注层的钻孔加工减小难度。 消音器入口处的压力一般是给定的, 当排放压力较高时, 为了取得所需的消声值, 经过几次节流降压, 使汽体进入小孔喷注前的压力由消音器入口处的压力P1按比例降低设计; 一般情况下, 节流降压消音器的各级压力选择为等比级数下降, 设节流孔板级数为n, 临界压力比为q (q＜1) , 可得:
消音器设计计算书 由于我国目前对消音器的设计，还没有统一的标准规范可以遵照执行，大多数厂家均根据自己的经验来设计制作，且技术又相对保密的。因此本消音器的设计，经查阅大量资料，采用科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论，采用节流降压与小孔消音的原理结合现场实际情况来设计解决环境噪声超标的难题。 消音器的工艺参数为：蒸汽排放绝对压力：40 kg/ cm2，排汽温度：390℃，蒸汽比容ρ：0.0721 m3/ kg，排汽流量Q：8t/h； 噪声达到110dB以上，要求消音器的噪声小于85dB的环保要求。 一、设计原理。 复合式小孔喷注消音器是利用节流作用降低小孔喷注前的驻压，预先消耗部分声能，再dB与小孔降噪相结合，达到较高的消声量；其原理是利用节流降压与小孔喷注两种消声机理，通过适当结构复合而成的。 1. 小孔喷注消音器 小孔喷注消音器的设计机理是根据科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论，从发声机理上使它的干扰噪声减少，由于喷注噪声峰值频率与喷口直径成反比，若喷口直径变小，喷口辐射的噪声能量将丛低频移向高频，于是低频噪声被降低，高频噪声反而增高，当孔径小到一定值（达到mm 级），实验表明，当孔径≤4mm时具有移频作用，喷注噪声将移
到人耳不敏感的频率范围（听觉最敏感的区域250~5000赫兹）； 根据这一机理将一个大的喷口改为许多小孔来代替，便能达到降低可听声的目的。从实用角度考虑，孔径不能选得过小，因为过小的孔径不仅难于加工，同时易于堵塞，影响排汽。一般选用直径1~3mm的小孔为宜。 2.节流降压消音器 节流降压消音器是利用节流降压原理而制成的。根据排汽流量的大小，适当设计通流截面，使高压气体通过节流孔板时，压力都能最大限度地降低到临界值。这样通过多级节流孔板串联，就能把排空的一次压降分散到若干个小的压降。由于排汽噪声功率与压力降的高次方成正比例，所以把压力突变排空改为压力在消音器内就逐渐降下来再排空，这样能使消音器内流速控制在临界流速下，不致产生激波噪声，压力在最大限度地降到临界值，使消音器获得较好的消声效果。同时节流降压后小孔喷注层的驻压大大变小，小孔喷注层强度设计所需的壁厚也大为减薄，这样给小孔喷注层的钻孔加工减小难度。 消音器入口处的压力通常是给定的，当排放压力较高时，为了取得所需的消声值，经过几次节流降压，使汽体进入小孔喷注前的压力由消音器入口处的压力P1按比例降低设计；通常情况下，节流降压消音器的各级压力选择为等比级数下降，设节流孔板级数为n，临界压力比为q (q＜1) ，可得： n g P P q （1）后前 根据气体状态方程、连续性方程和临界流速公式，由资料可
GT -POWER 在内燃机排气消声器设计中的应用 谢田峰,金国栋,钟绍华 (华中科技大学机械学院,湖北武汉430074) 摘要:介绍一种新的模拟软件,可对两者进行综合预测,该软件基于一维流体动力学的假设。为了便于用户设计复杂的消声器,该软件提供了绘图的处理程序。通过绘图程序中提供的消声器基本元件库,用户可以轻松地创建复杂消声器模型。将简单模型的模拟结果与试验结果相比较,可见模拟软件具有良好的预测性能。由此可得出结论,应用计算机对发动机及消声器进行模拟,不仅能预测消声器特性,还能反应出不同结构消声器对发动机性能的影响。 关键词:GT -POWER ;排气消声器;模拟 中图分类号:TK 413147 文献标识码:A 文章编号:1000-6494(2003)01-0012-03 Application of GT -POWER in Design of Exhaust Muffler for Internal Combustion Engine XIE Tian -feng ,J IN Guo -dong ,ZHON G Shao -hua (College of Mechanical Engineering Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074,China )Abstract :With the computer simulation of exhaust mufflers and engines ,the influence of mufflers on engine performance as well as exhaust noise can be predicted.This paper describes a new simulation software developed for such coupled simu 2lations ,which bases on the assumption of a one -dimensional fluid dynamics.To help users in design of muffler with com 2plex geometry ,an easy -to -use graphical preprocessor is provided ,with which the user builds a model representation of muffler using a library of basic elements.A comparison of simulation result and experiment result shows that the predic 2tions give good results. K ey w ords :GT -POWER ;exhaust muffler ;simulation 作者简介:谢田峰(1975-),男,硕士,主要研究方向: 汽车节能与净化。 收稿日期:2002-09-17 在汽车噪声中,排气噪声是主要的噪声源。在日益严格的噪声污染控制法规下,消声器的性能越来越引起人们的关注。传统的消声器设计法存在着两点不足:实验周期长,人力物力消耗严重但仍不能取得好的效果,不能适应企业现代化、市场化及开发周期最小化的需要;设计时常常把消声器的消声性能和发动机的性能相互孤立地考虑,以至于很难找到两者的最佳结合点。随着计算机软件技术的迅猛发展及其在工程中的广泛应用,发动机性能仿真技术也得到了快速发展并日渐成熟。GT -POWER (GT -SU ITE 的一部分)就是其中优秀的仿真软件之一。GT -POWER 软件系统在消声器开发中的应用使其与发动机性能相互影响的问题得到了综合 解决,更加顾及全局的效果,减少了问题孤立化带来的困扰,并且大大缩短了产品的开发周期,减少了人力、财力、物力的浪费,提高了企业的竞争力。 1 发动机模型的建立 GT -POWER 所应用的是一维流体假设的动 力学模型,它综合了发动机性能的分析代码,并几乎包含了发动机所有关键工况的细节模型,可以较完整地模拟发动机不同工况的性能变化。整个系统被划分为许多小的控制单元体,单元体上又划分成许多相互交错的网格,网格是系统进行运算估值的基本单元。也就是说所有的标量(压力、温度等)都以单元体的中心为计算标准,而所有的向量(速度、物质流量)皆以单元体的边缘为计算标准,系统内部划分的单元体也是如此。形状各异的气体通道皆可转化为功能相当的标准管件,最后形成发动机的管网化的模型,用于对发动机进行仿真。 ? 21?设计?研究 内燃机 2003年第1期
直通穿孔管消声器声学性能计算及分析 季振林 （哈尔滨工程大学动力与核能工程学院，黑龙江哈尔滨150001） 摘 要：一维解析法和三维子结构边界元法被用于预测直通穿孔管消声器的消声性能.单腔直通穿孔管消声器传递 损失的预测结果与实验测量结果比较表明：一维解析法只适合于消声器的低频声学分析；对于高频声学性能的精确预测需要使用三维处理方法.进而边界元法被应用于研究穿孔率和几何参数对直通穿孔管消声器消声性能的影响.增加穿孔率能够拓宽消声器的有效消声频率范围.中心管部分穿孔时，消声器的传递损失在平面波域内呈现出拱形衰减和轴向共振的叠加，合理选择穿孔段长度和位置以匹配共振和通过频率能够获得理想的宽带消声效果.使用双级膨胀腔能够大大改善直通穿孔管消声器的中频消声性能.关键词：穿孔管消声器；消声性能；边界元法中图分类号：T B 535.2 文献标识码：A 文章编号：1006-7043（2005）03-0302-05 Acoustic attenuati on p erf or m ance calcul ati on and anal y sis of strai g ht -t hrou g h p erf orated t ube silencers JI Zhen-li n （S choo l o f Pow er and n uclear Ener gy En g i neeri n g ，H arb i n En g i neeri n g U n ivers it y ，H arb i n 150001，Ch i na ） Abstract ：A one-di m ensional anal y tical a pp roach and a t hree-di m ensional substruct ure boundar y ele m ent m et hod （BEM ）are develo p ed to p redict t he acoustic attenuation p erf or m ance o f strai g ht-t hrou g h p erf orated t ube silenc-ers.C om p arisons o f trans m ission loss p redictions w it h ex p eri m ental results f or si n g le cha m ber strai g ht-t hrou g h p erf orated t ube silencers ill ustrated t hat t he t hree-di m ensional a pp roach is needed f or accurate p rediction at hi g h-er fre C uencies ， while t he one-di m ensional anal y tical a pp roach p rovi des a reasonable accurac y at low er fre C uencies onl y .T he BEM w as t hen used to i nvesti g ate t he eff ects o f p orosit y and g eom etrical p ara m eters on t he acoustic attenuation p erf or m ance o f strai g ht-t hrou g h p erf orated t ube silencers.I ncreasi n g t he p orosit y m a y ex p and t he eff ecti ve acoustic attenuation to hi g her fre C uenc y .T he trans m ission loss o f silencer w it h p artiall y -p erf orated t ube exhi bits a su p er p osition o f dom e attenuation and ax ial resonance i n t he p lane w ave re g ion.B y choosi n g t he len g t h and location o f p erf orated section to m atch t he resonances w it h t he trou g hs o f t he silencer ，a desirable broadband acoustic attenuation m a y be obtai ned.T he double ex p ansion cha m ber m a y g reatl y i m p rove t he no ise attenuation p erf or m ance o f strai g ht t hrou g h p erf orated t ube silencers i n t he m i ddle fre C uenc y ran g e. K e y words ：p erf orated t ube silencer ； acoustic attenuation p erf or m ance ；boundar y ele m ent m et hod （BEM ）收稿日期：2004-06-29. 基金项目：哈尔滨市科学研究基金资助项目（2004A FLX J010）.作者简介：季振林（1965-），男，教授，博士生导师. 由于直通穿孔管消声器具有极低的流动阻力损失和良好的消声性能，已被广泛应用于内燃机进排气噪声控制.一维频域和时域方法虽已被应用于预 测直通穿孔管消声器的消声性能［1-3］ ，但只适用于 消声器的低频声学分析.为精确预测消声器的高频 消声性能，需要使用三维数值方法.w an g 等［4］ 应用 边界元法计算了同轴穿孔管共振器的传递损失.他们分别使用边界元法来模拟由穿孔结构分开的2个声学域，然后使用速度连续性和穿孔阻抗边界条件获得整个系统节点上声压和质点振速形成的方程组.Ji 和S ela m et ［5］提出了一种多域边界元法预测三通穿孔管消声器的消声特性，数值预测结果与实验测量结果吻合良好.尽管一维解析法和三维数值法 第26卷第3期哈尔滨工程大学学报V o l .26N.32005年6月 Journal o f H arbi n En g i neeri n g U ni versit y Jun.2005
计算并设计一消声器，用于频率为100Hz的发动机排气消声器，消声量不小于30dB，需选定已知内壁管壁厚，开孔个数，每个孔直径，扩张室直径，排气管道直径为5cm，用三维软件画出设计图。 消声器类型消声原理主要应用 阻性消声器(中高频)多孔性吸声材料的吸收 风机、通风空调、燃气轮机 等设备的进、排气噪声 抗性消声器(低频好)管道阻抗变化所产生的声反 射和耗损 空压机的进气噪声、内燃 机、汽车的排气噪声等 阻抗复合型消声器联合阻性消声器和抗性消声 器的消声机理 采用阻性消声器、抗性消声 器的场所 扩散消声器改变喷注结构、降低喷口的压 力和流速 高温、高压、高速气流等高 声强噪音 噪声按声音的频率可分为：＜400Hz的低频噪声、400～1000Hz的中频噪声及＞1000Hz的高频噪声。根据设计要求及各种消声器的适用范围，选用抗性消声器进行设计改进。 抗性消声器 消声原理：通过控制声抗的大小来进行消声的。与阻性消声器不同，它不使用吸声材料而是在管道上接截面积突变的管段或旁接共振腔，声波在管道截面的突然扩张(或收缩)，造成通道内声阻抗突变，使声波传播方向发生改变，某些频率的声波在声阻抗突变的界面发生反射、干涉等现象，从而在消声器的外测，达到了消声的目的。
消声的频率特性：具有中、低频消声性能。 适用范围：消除空压机、内燃机、汽车排气噪声（气体流速较高气速的情况） 抗性消声器具有的特点： （1）不需要使用多孔吸声材料 （2）耐高温、抗潮 （3）流速较大，洁净 （4）对低频、窄带噪声有较好的效果。 常用抗性消声器的类型： （1）扩张室式消声器 （2）共振腔消声器 （3）干涉式消声器 按共振腔消声器进行设计： （1）倍频带消声量不小于30dB，由式： K L+ 102 ? = lg 20 ) 1( 302 K + 10 = lg 20 ) 1( 查表 不同频带下的消声量△L 与K值的关系 频带 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2 3 4 5 6 8 10 15 类别 倍频 1.1 1.2 2.4 3.6 4.8 7.5 9.5 12.8 1 5.2 17 18.6 20 23 27 带 1/3倍 2.5 6.2 9.0 11.2 1 3.0 16.4 19 22.6 25.1 27 28.5 31 33 36.5 频带 2 / 4
毕业设计(论文)开题报告题目：汽车消声器角板冲压模具设计
过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。 研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺[10]。 2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 2.1本课题研究的主要内容 （1）对给定零件进行工艺分析并确定工艺方案； （2）模具总体结构设计及相关工艺计算； （3）进行模具零部件的设计； （4）绘制模具装配图和非标准件的零件图； （5）完成模具的proe三维造型； （6）编写设计说明书（论文）； 消声器角板（如下图） （三维及二维） 图2.11二维图
图2.12三维图 2.2采用的研究方案、研究方法或措施 本次设计按照工艺分析——工艺方案确定——模具结构设计的思路进行。 (1) 方案对该工件包括落料、冲孔、弯曲三个基本工序，可有以下三个工艺方案：方案一：先落料，后冲孔，最后弯曲。采用单工序模生产；方案二：落料——冲孔复合模，弯曲单工序模。方案三：冲孔—切口—弯曲—落料，采用级进冲模[11]。 (2) 方案分析 方案一：结构简单，需要三道工序三幅模具，模具制作简单，易于生产，适合于小批量的生产[12]；方案二：该方案经计算可落料冲孔复合和弯曲单工序模，只需要2幅模具，生产效率高，但是复合模具制造成本高，调整维修较麻烦[13]。方案三：生产效率高，但是模具设计和制造复杂[14]。 (3) 方案确定闰土机械外文翻译成品某宝dian 因为方案一使用的模具设计相对简单，适合刚学习冲压模具设计者，所以选择方案一。 3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 3.1本课题研究的重点及难点 (1)通过对消声器角板的工艺分析，确定工作的重点主要集中在模具工作部分零件的设计（比如：凸模、凹模、凸凹模），然后进行各种固定板的设计和相关尺寸计算和校核[15]。 (2)设计时前后工序的关联性以及模具的关联性，合理安排工序，尽量使模具的结构
汽车消声器及排气管的 设计非常实用 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】
消声器及排气管的设计 消声器及排气管的设计 消声器的主要作用是降低发动机的排气噪声，并使高温废气能安全有效地排出。消声器作为排气管道的一部分，应保证其排气畅通、阻力小及足够强度。消声器要经受500~700。C高温排气，保证在汽车规定的行驶里程内，不损坏、不失去消声效果。 １、消声器的主要结构形式 汽车消声器按消声原理与结构可分为抗性消声器、阻性消声器和阻抗复合型消声器三类 1抗性消声器 抗性消声器是在内部通过管道、隔板等部件组成扩张室、共振室等各种消声单元时，声波在传播时发生反射和干涉，降低声能量达到消声目的。抗性消声器消声频带有限，通常对低、中频带消声效果好，高频消声效果差，货车多采用抗性消声器。 阻性消声器 是在内部排气通过的管道周围填充吸声材料来吸收声能量达到消声目的的消声器。对中、高频消声效果好，单纯用作汽车排气消声器较少，通常与抗性消声器组合起来使用。 阻抗复合型消声器 是分别用抗性消声单元和吸声材料组合构成的消声器，它具有抗性、阻性消声器的共同特点。对低、中、高频噪声都有很好的消声效果。 ２、消声器的性能要求 消声量 大小以消声器的插入损失来评价。插入损失是指装消声器前后在消声器出口某固定点测量的排气声压级之差。 D=L1-L2 式中：D——插入损失，dB L1——安装消声器前在某点测量的排气声压级，dB L2——安装消声器后在某点测量的排气声压级，dB 在实际测量时先测量不装消声器的排气噪声。按插入损失定义，为保证测量点位置不变，用一根同消声器等长、管径与消声器进气管相同的空管代替消声器。再测量装消声器时的排气声压级。 2 消声器功率损失 评价发动机额定功率点的功率损失比R的计算公式为： R=（P1-P2）/P1×100% 式中：P1——不带消声器而带空气管时的发动机功率，KW P2——带消声器后发动机功率，KW 功率损失比要求为：重型车R≤3%；中型车R≤5%；轻型车R≤6%。 实际测量中，用直接测量消声器排气背压来评价消声器性能。货车柴油车一般为10Kpa。 3 结构强度 主要是指抗震性、密封性、抗回火性等。消声器台架试验中经20次试验后，消声器不出现咬口或焊接部位损坏。试验完毕后测量漏气量总和不超过200L/min，插入损失下降不大于3 dB，功率损失比增加不大于%。 ３设计要点 1确定消声器的消声量 设计消声器时首先要确定降低排气噪声的目标值，即由发动机排气噪声大小，频谱特性和消声器所匹配车辆的噪声标准限值来决定消声器消声量大小。假设声源特性属线性声源，声衰减量L为： L=10Lg(R2/R1)
消声器及排气管的设计 消声器及排气管的设计 消声器的主要作用是降低发动机的排气噪声，并使高温废气能安全有效地排出。消声器作为排气管道的一部分，应保证其排气畅通、阻力小及足够强度。消声器要经受500~700。C高温排气，保证在汽车规定的行驶里程内，不损坏、不失去消声效果。 １、消声器的主要结构形式 汽车消声器按消声原理与结构可分为抗性消声器、阻性消声器和阻抗复合型消声器三类 1抗性消声器 抗性消声器是在内部通过管道、隔板等部件组成扩张室、共振室等各种消声单元时，声波在传播
时发生反射和干涉，降低声能量达到消声目的。抗性消声器消声频带有限，通常对低、中频带消声效果好，高频消声效果差，货车多采用抗性消声器。 阻性消声器 是在内部排气通过的管道周围填充吸声材料来吸收声能量达到消声目的的消声器。对中、高频消声效果好，单纯用作汽车排气消声器较少，通常与抗性消声器组合起来使用。 阻抗复合型消声器 是分别用抗性消声单元和吸声材料组合构成的消声器，它具有抗性、阻性消声器的共同特点。对低、中、高频噪声都有很好的消声效果。２、消声器的性能要求 消声量
大小以消声器的插入损失来评价。插入损失是指装消声器前后在消声器出口某固定点测量的排气声压级之差。 D=L1-L2 式中：D——插入损失，dB L1——安装消声器前在某点测量的排气声压级，dB L2——安装消声器后在某点测量的排气声压级，dB 在实际测量时先测量不装消声器的排气噪声。按插入损失定义，为保证测量点位置不变，用一根同消声器等长、管径与消声器进气管相同的空管代替消声器。再测量装消声器时的排气声压级。 2 消声器功率损失 评价发动机额定功率点的功率损失比R的计算
阻性消声器的设计 (1)确定消声量 根据法规、标准及声源确定消声器所需的消声量。在大多数情况下，消声量是以A计权声级计算。参照相应的NR曲线，确定各倍频带或1/3倍频带需要的消声量。 (2)选定消声器的结构形式 根据消声器的流量和允许的流速大小(一般情况下，流速控制决定于阻力要求和消声器消声量要求)，确定所需要的通流面积，然后根据通流面积的大小来选定消声器的结构形式。按照一般的常规设计，通道的当量直径小于300mm 时，可选用单通道直管式;当通道当量直径大于300mm而小于500mm时，应在通道中加设吸声层或吸声芯，消声器的有效通流面积要扣除吸声层或吸声芯所占面积，以避免由于流速增加而引起的不良影响;当直径大于500mm时，当考虑采用片式、蜂窝式等其他形式的消声器。 (3)选用吸声材料 吸声材料声学性能的好坏是决定消声器声学性能的重要因素。除首先考虑其声学性能外，还需考虑消声器的实际使用条件。在高温、潮湿、有腐蚀气体等特殊环境中使用的消声器，应考虑吸声材料的耐热、防潮、抗腐蚀性能。 (4)决定消声器长度 在通道截面确定后，增加消声器的长度可以提高消声量。消声器的长度主要根据声源强度和具体的降噪要求决定，还应注意现场有限空间所允许的安装尺寸。 (5)选择吸声材料的护面结构 由于消声器中一般要通过具有一定流速的气流，所以必须采用护面结构固定
和保护吸声材料。 XW-Ⅲ型.Ⅳ型微穿孔板消声器 XW-Ⅲ型.Ⅳ型微穿孔板消声器为圆形。其中XW-Ⅲ型是单空腔结构，XW-Ⅳ型是双空腔结构。 XW-Ⅲ型消声量为 15-20dB(A), XW-Ⅳ型消声量为20-25dB(A)。XW-Ⅲ型.Ⅳ型消声器压力损失10-40Pa（风速5-15m/s）。有效长度L=2m，安装长度L1=2.16m。 XW-Ⅲ型微穿孔板消声器结构外形图 XW-Ⅳ型微穿孔板消声器结构外形图 2 150 350 450 540 3 200 400 500 890 4 250 450 550 1400 5 300 540 640 1850 6 350 620 720 2880 7 400 700 800 3590 8 450 750 850 4550 9 500 820 920 5620 10 550 870 970 7110 11 600 1000 1100 8100 12 650 1080 1180 9000
排气系统消声器设计技术规范
排气消声系统设计技术规范
目录一、主题与适用范围 1、主题 2、适用范围 二、排气消声系统的总称说明及功用 三、设计应用 1、设计规则和输入 2、设计参数的设定 2.1 尺寸及重量 2.2 排气背压 2.3 功率损失比 2.4 净化效率 2.5 加速行驶车外噪声 2.6 插入损失及传递函数 2.6.1 插入损失 2.6.2 传递函数 2.7 尾管噪声 2.8 定置噪声 2.9 振动 3、系统及零部件的设计 3.1 系统布置 3.1.1 布置原则 3.1.2 间隙要求 3.1.3 吊钩位置的选取 3.1.4 氧传感器孔的布置 3.2 消声器的容积确定 3.3 排气管径的选取
3.4 消声器 3.4.1 消声器的截面形状 3.4.2 消声器内部结构 3.5 补偿器 3.5.1 波纹管 3.5.2 球形连接 3.6 橡胶吊环 3.7 隔热部件 3.8 材料选择 3.8.1 排气管、消声器内组件 3.8.2 消声器外壳体 四、参考文献列表
一、主题与适用范围 1、主题: 本指南规定了与汽车发动机相匹配的排气消声系统的系统匹配，零部件设计。 2、适用范围: 本指南适用于装汽油M1、N1类车的排气消声系统设计。 二、排气消声系统的总成说明及功用 排气系统包括排气歧管、排气管、排气净化装置、排气消声装置、隔热部件、弹性吊块等。一般地，排气系统具有以下一些功用： (1) 引导发动机排气，使各缸废气顺畅的排出； (2) 由于排气门的开闭与活塞往复运动的影响，排气气流呈脉动形式，排气门打开时存在一定的压力，具有一定的能量，气体排出时会产生强烈的排气噪声，气体和声波在管道中摩擦也会产生噪声,因此在排气系统装有排气消声器来降 低排气噪声； (3) 降低排气污染物CO,HC,NOX 等的含量，达到排气净化的作用； 典型的排气消声系统如图1所示： 图1 三、设计应用 1、设计规则和输入: 1.1 排气系统能很好的将废气顺畅排出，满足发动机的排气背压，功率损失比的要求。 1.2 排气系统设计能满足现行中华人民共和国法规要求，具体如下：