李國(guó)偉（卡特彼勒(青州)有限公司青島研發(fā)中心　,北京　102200）

汽車排氣系統(tǒng)噪音與振動(dòng)的控制

李國(guó)偉
（卡特彼勒(青州)有限公司青島研發(fā)中心,北京102200）

本文針對(duì)某汽車產(chǎn)品的排氣系統(tǒng)造成與振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行分析，通過(guò)一系列的研究找到導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的來(lái)源，基于汽車出現(xiàn)噪聲和振動(dòng)的愿意提出降低汽車排氣系統(tǒng)噪聲與振動(dòng)的有效措施。

汽車；排氣系統(tǒng)；噪聲源；振動(dòng)源某新品汽車與剛上市階段，顧客普遍反映汽車的駕駛室中有較大的振動(dòng)噪聲，研究人員經(jīng)過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)怠速駕駛員的耳邊噪聲達(dá)到54dB，而市場(chǎng)上的同車型汽車產(chǎn)生的噪聲僅為43dB左右，更小的在40dB以下。為了改善客戶的使用體驗(yàn)，必須對(duì)振動(dòng)噪聲進(jìn)行處理。測(cè)試人員對(duì)這樣的狀況進(jìn)行系統(tǒng)的分析，發(fā)現(xiàn)汽車的NVH狀況不但和發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣系統(tǒng)的振源有著明顯的關(guān)系，還與這些振源的懸掛隔震能力有著明顯的相關(guān)性，與汽車車身的結(jié)構(gòu)也存在一定聯(lián)系，因此試驗(yàn)人員對(duì)其進(jìn)行逐一的分析和排查，排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的震動(dòng)噪聲是主要噪聲源，要解決車輛的噪聲問(wèn)題，首先需要對(duì)排氣系統(tǒng)進(jìn)行改善。

1　汽車的排氣系統(tǒng)

排氣系統(tǒng)指的是從汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管到尾管之間各個(gè)零部件的組合，其功能主要是進(jìn)行廢氣的處理和噪聲的減弱。通過(guò)分析，汽車的排氣系統(tǒng)對(duì)于車輛NVH產(chǎn)生的影響主要有兩種：第一是排氣系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)，通過(guò)吊掛傳遞到駕駛室當(dāng)中；第二是排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲，會(huì)通過(guò)空氣傳播到駕駛室當(dāng)中。需要進(jìn)行分開(kāi)處理。

2　汽車排氣系統(tǒng)的噪聲源與解決方式

2.1排氣系統(tǒng)的噪聲源

通過(guò)分析論證發(fā)現(xiàn)汽車排氣系統(tǒng)的噪聲源主要有空氣噪聲、沖擊噪聲、氣流摩擦產(chǎn)生的聲音以及輻射噪聲等?？諝庠肼暿侵钙嚢l(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，由于壓力波在排氣管道中傳播而造成的，空氣噪聲的大小取決于排氣管道的直徑，當(dāng)氣流量一定時(shí)，管道的直徑越大產(chǎn)生的空氣噪聲就越穩(wěn)定；而沖擊噪聲是由于不穩(wěn)定的氣流沖擊管道形成的，加入排氣歧管的彎曲幅度不夠，那么產(chǎn)生的氣流就會(huì)非常大，也就會(huì)出現(xiàn)噪聲；氣流摩擦的噪聲是應(yīng)為氣體流動(dòng)速度非常高的情況下，傳遞到尾管的時(shí)候就會(huì)發(fā)出巨大的噪聲；輻射噪聲則是由于排氣管道中中的消聲原件受到影響后出現(xiàn)震動(dòng)，從而出現(xiàn)噪聲。

2.2排氣系統(tǒng)噪聲的解決方式

通過(guò)對(duì)噪聲產(chǎn)生原因的分析，基于對(duì)某汽車拍題系統(tǒng)的分析研究之后從以下三個(gè)方面進(jìn)行改造：首先是將消聲器的容積增大，改變其結(jié)構(gòu)。某汽車的原消聲器由于跑道型的穿孔前消聲器以及赫姆霍茲消聲器組合形成，總消聲的容積為11.9L，通常認(rèn)為總消聲容積應(yīng)該超出發(fā)動(dòng)機(jī)排量的10倍，因此在論證之后將前消聲器進(jìn)行改造，將原來(lái)的跑道型改變?yōu)樵瓉?lái)的旋壓圓形，同時(shí)將其長(zhǎng)度增加，容積增加1L。后消聲器在原來(lái)姆霍茲消聲器的基礎(chǔ)上增加吸聲材料并將單層的外殼改成雙層外殼。隨后對(duì)汽車尾管的長(zhǎng)度以及形狀進(jìn)行改造，尾管產(chǎn)生的噪聲是一種脈動(dòng)噪聲，由空氣噪聲和氣流摩擦噪聲兩種形式組合而成，某汽車的原尾管向地面彎曲直接排向地面。在改進(jìn)之后尾管的長(zhǎng)度減少，是排氣的方向由下方變成后方，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)證明，駕駛過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲出現(xiàn)很大程度的減弱，改善效果非常明顯。

3　汽車的振動(dòng)源與解決方式

3.1汽車的振動(dòng)源

在研究過(guò)程中找到某汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲源一共有4個(gè)，分別為發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械振動(dòng)、氣源發(fā)生沖突、聲波激勵(lì)以及陳體振動(dòng)。首

先是發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械振動(dòng)，由于排氣系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)是直接先練的，所以發(fā)動(dòng)機(jī)的震動(dòng)就會(huì)直接傳遞給排氣系統(tǒng)，其振動(dòng)非常明顯；第二是發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生氣流沖擊，高速的氣流通過(guò)氣缸排出，就會(huì)直接對(duì)排氣歧管造成沖擊，進(jìn)而造成排氣系統(tǒng)的振動(dòng)。尤其是發(fā)生很大的轉(zhuǎn)變的時(shí)候，氣流進(jìn)入到汽車的排氣系統(tǒng)中，在管道中發(fā)生很大的紊流，造成排氣管道出現(xiàn)很大的振動(dòng)；此外聲波會(huì)在汽車排氣系統(tǒng)的管道中運(yùn)動(dòng)，在這一過(guò)程中會(huì)對(duì)消聲元件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的沖擊力，進(jìn)而出現(xiàn)振動(dòng)，這樣的振動(dòng)會(huì)隨著掛鉤傳遞到汽車車身當(dāng)中；最后是車體產(chǎn)生的振動(dòng)，車身的振動(dòng)會(huì)通過(guò)掛鉤等船體，當(dāng)傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)之后會(huì)增加其振動(dòng)。根據(jù)這樣的研究能夠發(fā)現(xiàn)，汽車排氣系統(tǒng)中振動(dòng)的主要傳遞途徑就是掛鉤，所以掛鉤的選擇和位置安裝對(duì)于整個(gè)汽車的振動(dòng)具有重要影響。

3.2降低汽車排氣系統(tǒng)振動(dòng)的措施

技術(shù)工作人員首先對(duì)汽車的排氣系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析，將其分為多個(gè)點(diǎn)，然后使用單點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)的試驗(yàn)方式，激勵(lì)點(diǎn)選擇在汽車的排氣系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管的斷面，然后根據(jù)借宿傳感器對(duì)振動(dòng)加速度進(jìn)行測(cè)量。根據(jù)測(cè)試結(jié)果可知汽車排氣系統(tǒng)的模態(tài)，以及前三節(jié)模態(tài)下會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程中出現(xiàn)一階頻率激勵(lì)吻合的現(xiàn)象，進(jìn)而發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)與汽車排氣系統(tǒng)的共振。排氣系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管之間的連接安裝面的模態(tài)動(dòng)剛度都非常詫異，特別是在排氣系統(tǒng)的兩個(gè)拐角的地方振型非常大，為了避免由于振型而造成的噪聲，技術(shù)人員決定使用以下技術(shù)手段：首先，為了將發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的振動(dòng)與車體隔離，在三元催化器的前方增加軟波紋管，使發(fā)動(dòng)機(jī)向配齊系統(tǒng)后部的傳遞發(fā)生衰減，這一過(guò)程中要求波紋軟管盡可能的更長(zhǎng)；為了保證排氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相對(duì)自由的懸吊，避免安裝過(guò)程中出現(xiàn)別死的狀況，能夠讓懸吊的彈性更佳，對(duì)于減少排氣系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲具有非常重要的作用。懸掛點(diǎn)的位置要合適，但是數(shù)量不能太多，避免即將懸掛點(diǎn)布置在出現(xiàn)較大振型的地方，更合理的選擇是：布置三個(gè)懸掛點(diǎn)分別在消聲器模態(tài)較小的點(diǎn)附近、以及后消聲器的前后兩端；懸吊點(diǎn)與車體對(duì)應(yīng)的部位要具有較大的剛度，所以安裝對(duì)應(yīng)安裝的位置要適當(dāng)提高剛度，并加設(shè)更寬的托班。為了提高減震的效果，注意在前消聲器附近的懸掛點(diǎn)使用兩側(cè)懸吊的方式。

4　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究和分析某汽車排氣系統(tǒng)振動(dòng)噪聲的原因，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)之后多次測(cè)試汽車的車內(nèi)噪聲，由原來(lái)的54dB減少到46dB，再加上之后改造汽車發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的懸掛系統(tǒng)，車內(nèi)的噪聲進(jìn)一步下降帶43dB,整體下降非常明顯，達(dá)到了預(yù)期的效果，基本上以及能夠滿足國(guó)內(nèi)同類型汽車的要求，為今后的工作提供了非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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