摘 要：汽車噪聲大多是在排氣管中產(chǎn)生的，想要減輕汽車運(yùn)行中噪聲就要對汽車排氣消聲器進(jìn)行研究。汽車消聲器的構(gòu)造十分復(fù)雜，現(xiàn)在對汽車消聲器的設(shè)計(jì)還沒有一套成熟可靠的理論，設(shè)計(jì)者必須不斷對消聲器進(jìn)行改進(jìn)和實(shí)驗(yàn)才能得到相對完善的消聲器。所以本篇文章就對汽車消聲器性能進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：汽車；消聲器；研究

汽車在運(yùn)行過程中難免會(huì)產(chǎn)生噪聲，其中相當(dāng)一部分噪聲是由發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管產(chǎn)生的。所以對汽車排氣消聲器性能進(jìn)行研究能夠有效降低汽車噪聲。汽車排氣消聲器的研究對技術(shù)要求較高，對汽車消聲器的研究也造成很大阻礙。這也是汽車排氣消聲器發(fā)展緩慢比較重要的原因之一。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

隨著我國汽車數(shù)量越來越多，人們對汽車噪聲問題也越來越重視，解決汽車噪聲問題已經(jīng)成為世界性問題。汽車噪聲對身體損害還是比較大的，主要影響人的聽覺系統(tǒng)，還會(huì)影響人的生理健康，讓人煩躁不安。

國外很早就對從事汽車排氣噪聲問題進(jìn)行研究，也有一些比較有效的科研成果，處理汽車排氣噪音主要有四種方法[1]，分別是傳遞矩陣法、特征線法、邊界元法、有限元法。這幾種方法經(jīng)過不斷發(fā)展，都有著各自的優(yōu)勢，其中有限元法因其精度高、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)已成為汽車排氣消聲器主要使用的方法。

2 汽車排氣消聲器評價(jià)指標(biāo)

汽車排氣消聲器就是阻礙汽車排氣時(shí)產(chǎn)生的聲音散發(fā)出來，根據(jù)消除噪聲的原理，可以分為阻性、抗性、復(fù)合性和排氣放空四種類型。汽車排氣消聲器的評價(jià)指標(biāo)主要是消聲量、消聲頻率和阻力損失。

3 汽車消聲器基本構(gòu)造對消聲性能的影響

汽車消聲器基本構(gòu)造對消聲性能也有很大影響，材料選擇和消聲器內(nèi)部構(gòu)造都會(huì)對消聲性能產(chǎn)生影響，所以接下來就對消聲器基本構(gòu)造進(jìn)行研究分析，得出對消聲性能的影響。

3.1 多孔吸聲材料影響

多孔材料，顧名思義，就是材料構(gòu)造由里到外含有大量互相貫通的微孔，多孔材料對排氣消聲器造成影響主要從流阻、孔隙率以及結(jié)構(gòu)因子這三個(gè)方面[2]。這些參數(shù)只是多孔材料造成影響的理論數(shù)據(jù)[3]。從工程角度分析，影響因素主要是厚度、體積密度等。

流阻就是空氣質(zhì)點(diǎn)通過材料孔隙時(shí)阻力的大小。實(shí)驗(yàn)證明流阻是空氣特征阻抗二到四倍時(shí)，消聲器吸聲性能較好?？紫断嗤瑫r(shí)，低流阻材料比高流阻材料吸聲性能更好?？紫堵示褪窍暺髦锌諝怏w積與材料總體積之比。孔隙率在百分七十到九十最合理，在合理范圍內(nèi)，孔隙率越高吸聲效果越好。結(jié)構(gòu)因子是修正系數(shù)，引進(jìn)這個(gè)修正系數(shù)就是為了使理論與實(shí)際更加相符。

3.2 簡單擴(kuò)張結(jié)構(gòu)影響

擴(kuò)張腔式消聲器應(yīng)用十分廣泛，它工作原理就是利用截面突變使噪聲傳播通道失配，達(dá)到消聲目的。簡單擴(kuò)張結(jié)構(gòu)的消聲效果主要和膨脹室的膨脹比和膨脹室長度有關(guān)。根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)可知，膨脹室膨脹比影響消聲量的大小，膨脹室長度影響消聲頻率。擴(kuò)張腔的變化直接影響消聲頻率和消聲量。噪聲頻率較低時(shí)，簡單擴(kuò)張結(jié)構(gòu)能夠很好吸收噪音，當(dāng)噪聲頻率增高到一定程度之后，從細(xì)孔中進(jìn)入到擴(kuò)張腔中的氣體還沒來得及擴(kuò)散就排出了，不能很好起到消音效果。這就是高頻失效。

3.3 共振結(jié)構(gòu)影響

3.3.1 單腔共振器。單腔共振器近似看成是由多種留聲元件結(jié)合而成，在開口管附近空氣隨著聲波震動(dòng)，共振腔內(nèi)的壓力隨著空氣體積大小變化，而且空氣還會(huì)隨著聲波一塊震動(dòng)，這一系列構(gòu)造組合到一起能夠有效使聲能下降，減少汽車排氣消聲器產(chǎn)生的噪音。單腔共振消聲器對聲波頻率要求較高，在低頻某一頻率范圍內(nèi)消聲效果較好，在其他頻段消聲效果較差甚至沒有消聲效果。單腔共振消聲器通過改變共振孔板的結(jié)構(gòu)參數(shù)來影響消聲性能，共振孔板主要包括孔徑、板厚、共振腔體積大小等。根據(jù)對共振孔板進(jìn)行計(jì)算可以得出頻率較低時(shí)，單個(gè)共振器對噪聲的減輕效果較為明顯。

3.3.2 穿孔共振結(jié)構(gòu)。由上文可知，單腔共振器使用時(shí)限制條件較多，所以就有了穿孔板共振器。穿孔板共振器可以看成多個(gè)單腔共振器進(jìn)行串聯(lián)而成，當(dāng)聲波進(jìn)入穿孔板共振器以后，聲波振動(dòng)頻率和系統(tǒng)頻率相同時(shí)，就能很好對噪聲進(jìn)行吸收。

3.4 插入管長度影響

因?yàn)閱吻还舱裣暺鲗︻l率要求比較高，所以在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常采用多節(jié)擴(kuò)張器串聯(lián)方式，或者采用內(nèi)接插入管來增強(qiáng)對噪聲的吸收[4]。雖然通過插入管能夠增強(qiáng)消除能力，但是對插入管的長度也有要求。通過模擬實(shí)驗(yàn)可以知道，單腔共振器消聲管和多孔共振器消聲管對噪聲的吸收有頻率限制，插入管插入以后，原來不能消除的頻率被消除，插入管長度為二分之一擴(kuò)張腔長度時(shí)，能夠增強(qiáng)奇數(shù)倍的頻率消除，插入管長度為四分之一擴(kuò)張腔長度時(shí)，能夠增強(qiáng)偶數(shù)倍的頻率消除。插入管的插入不但增多消除的頻率，還增強(qiáng)了消除噪聲的總量，通過插入管能夠降低通過頻率上的缺陷。

4 外界因素對消聲性能的影響

影響汽車排氣消聲器性能的因素不止有自身因素，外界因素對消聲性能影響也不容忽視。溫度、氣流以及空氣流速等因素都會(huì)對消聲性能產(chǎn)生不小的影響。下面就進(jìn)行仔細(xì)分析。

4.1 溫度影響

空氣密度會(huì)受到溫度的影響而不斷變化。在對噪聲控制當(dāng)中，排氣管溫度會(huì)有較大變化，排氣管溫度最高可以達(dá)到五百攝氏度，在高溫影響下，空氣的密度也會(huì)發(fā)生較大變化。由于密度的變化，就會(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的不準(zhǔn)確。所以必須考慮溫度產(chǎn)生的影響。通過相關(guān)模型計(jì)算之后，發(fā)現(xiàn)考慮溫度這一影響因素之后，噪聲消除在低頻時(shí)有所降低，在高頻時(shí)有所提高[5]。這是因?yàn)闇囟壬咭院?，空氣密度降低，?dǎo)致聲速增大，進(jìn)而影響排氣消聲器消聲頻譜向高頻方向移動(dòng)。

4.2 尾管效應(yīng)影響

前面計(jì)算時(shí)假設(shè)尾管長度是無限長，不會(huì)產(chǎn)生聲波的反射，但是在實(shí)際生活中，尾管長度是有限的，所以在尾管口還是會(huì)有聲波漏出。假設(shè)尾管口的輻射條件和聲阻抗不變，聲壓就會(huì)隨著聲源和管道系統(tǒng)變化[6]。通過相關(guān)模型試驗(yàn)，通過不考慮尾管效應(yīng)和考慮尾管效應(yīng)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)考慮尾管效應(yīng)之后中、下頻率時(shí)對噪聲消除還是比較好，高頻時(shí)消聲效果不是很明顯，甚至還有下降趨勢。

4.3 流速影響

流速對汽車排氣消聲器性能影響較小，流速的大小一般不會(huì)改變消聲器整體吸收頻率，但是有時(shí)會(huì)對部分頻率稍微造成影響。這樣流速對汽車排氣消聲器的影響基本就可以忽略不計(jì)。

5 結(jié)束語

汽車已經(jīng)進(jìn)入尋常百姓家，汽車在使用過程中會(huì)伴隨著噪聲的產(chǎn)生，隨之產(chǎn)生了汽車排氣消聲器來減輕噪聲產(chǎn)生的影響。研究汽車排氣消聲器時(shí)，一定要在它的結(jié)構(gòu)入手，分析機(jī)構(gòu)對消聲器產(chǎn)生的影響，還要分析外部因素對排氣消聲器產(chǎn)生的影響，進(jìn)行綜合分析，減輕汽車排氣過程中產(chǎn)生的噪聲。

參考文獻(xiàn)

[1]李根，涂江波，涂海華.汽車排氣消聲器聲學(xué)性能國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢[J].現(xiàn)代制造工程，2012，12：128-132.

[2]張毅天.汽車排氣消聲器設(shè)計(jì)應(yīng)用[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2010，4：38-43.

[3]葛蘊(yùn)珊，張宏波.基于發(fā)動(dòng)機(jī)熱力過程的汽車排氣消聲器設(shè)計(jì)[J].汽車工程，2004，3：275-278.

[4]劉劍，羅虹，鄧兆祥，等.汽車排氣消聲器的實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，3：126-129.

[5]劉善鍔，謝軍，陳詩庫，等.汽車消聲器的匹配設(shè)計(jì)[J].客車技術(shù)與研究，2011，5：29-31.

[6]龔農(nóng)斌.國內(nèi)外汽車排氣消聲器的研制與進(jìn)展[J].噪聲與振動(dòng)控制，1986，2：25-32.

作者簡介：李超（1986-），男，河南信陽人，學(xué)歷：碩士，研究方向：汽車排氣系統(tǒng)控制開發(fā)。