内燃机排气消声器设计分析技术

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1、内燃机排气消声器设计分析技术交叉型乘用车技术中心动力附件所郑殿玲2013年09月主要内容：一、消声器设计流程二、消声器设计目标三、消声器主要参数计算四、消声器模拟分析技术五、优化设计一、消声器设计流程二、消声器设计目标消声器设计要求声学特性要求空气动力学要求机械和材料要求成本要求安装空间限制消声器两边的排气系统中温度很消声器的目的压力差太大，气高，材料在这样的要达到良好的消声就是减少声能的流阻力也会增加高温气体环境中很效果，消声器的容传递。，发动机的功率容易腐蚀；消声在汽车排气消声器积应该越大越好，就会下降。器都是薄板材料制设计中，成本的因但是排气系

2、统能如传递损失、造的，在机械振动素有时是决定性够安装的空间都非噪声降低量和插和气流冲击下，很的。在消声器设计常有限。所以往往入损失。通常用排气背容易辐射噪声；结时必须加以考虑是在限定的空间内压静压或动压进构设计(包括材料)必来设计消声器。通常用声压级和行分析须满足一定的刚度频谱进行分析。和强度要求。二、消声器设计目标消声器技术目标消声量传递/插入损失优化设计压力损失选定频率对消声量频谱应的消声量最差频率对应的总消声量为消声量为目标函数目标函数选定频率对的倍频程1/3倍频程传递/插入损失传递／插入损失数据消声量数据压力损失数据优化设计文件三、消声器主要

3、参数计算1．消声器的主要评价指标1.1插入损失消声器安装前后消声器出口端声功率级的差值。目标值≤28dB（A）。1.2传递损失消声器在末端为全消声的条件下（末端无反射），消声器入射声功率和透射声功率的差值。1.3消声量消声器进口端截面的声压级和出口端截面的声压级的差值。1.4消声器的阻力损失取决于消声器的空气动力学性能，由发动机台架试验给出。1.5功率损失比取决于消声器的阻力，要求≤5%。三、消声器主要参数计算2．消声器的主要参数计算2.1消声器有效容积的确定国内外有许多人提出了不同公式，与内燃机的排量、气缸数、冲程数、压缩比、是否增压和消声量的要求

4、来确定。一般为发动机排量的10～20倍。★《柴油机设计手册》介绍的公式：“：：式中：n-发动机转速；t-冲程数；i-气缸数；vh-单缸排量（L）；k-系数，取1000-5000★美国某公司推荐公式：式中：n-发动机转速；T-冲程；N-气缸数；Vh-发动机排量；Q-系数；取5～6★英国某公司推荐公式：式中：n-发动机转速；Vh-发动机排量；i-气缸数三、消声器主要参数计算2．消声器的主要参数计算2.2消声器外形尺寸的确定（长度和内经）当消声器容积保持不变时，只改变其内径与长度，L/D越小，空腔越扁，截面积的扩张比m越大,声衰减量也随之增大，但消声频率范

5、围变得很窄。由一些统计的L/D数据，确定长度L。经验推荐值为：3

6、求消声量大于20db时，腔数大于42.5消声器各腔长度的确定第一腔的容积不应小于内燃机排量的1～3倍(主要消除内燃机燃烧过程和进、排气开闭时所产生的冲击噪声，与内燃机标定功率的转速、气缸数、冲程数等有关。)其余L=L/2,L=L/22132这样安排各腔长度的消声器具有消除低、中、高频噪声的全频消声作用。三、消声器主要参数计算2．消声器的主要参数计算2.6吸声材料为增加高频的吸声效果有时需要添加吸声材料，吸声材料厚度和密度对穿孔管阻性消声器的传递损失影较大。随着吸声材料厚度的增加,阻性消声器的消声性能得以明显改善；随着吸声材料密度的增加，消声性能增强，

7、但增加到一定程度时消声性能的影响变差。2.7排气管尾管的长度和直径的确定由于消声器的容积有限，其不足的消声量，尤其是低频部分，有时依靠长尾管消声补偿；另外长尾管还有利于将废气引到车尾，排入大气中。尾管的长度：适中尾管的直径：越小的话，消声量大，但是容易产生气流再生噪声。一般的情况：低速时采用细而长的尾管、高速时采用粗而短的尾管。四、消声器的模拟分析技术▲声学仿真是利用有限元（FEM）、边界元(BEM)及统计能量法(SEA)等技术对特定的声场问题进行数值计算,以获得稳态或非稳态的声场分布,并对仿真结果进行专业化分析、处理及显示。▲消声器的声学特性仿真分

8、析已成为必要工具。借助于声学仿真分析软件包,如GT-power、BOOST、Sysnoise、Virtual