汽車排氣消聲器發(fā)展的研究

摘 要：汽車噪聲的來源主要是發(fā)動機噪聲，而在發(fā)動機噪聲中，排氣噪聲是主要的噪聲來源，使用消聲器是降低發(fā)動機排氣噪聲的有效途徑。排氣消聲器隨著科技的進步也在不斷的發(fā)展，其設計方法也在不斷的創(chuàng)新。

關鍵詞：消聲器；汽車噪聲；噪聲控制

1 汽車噪聲的來源

汽車噪聲由多個聲源產生，而其中影響較大的聲源有，發(fā)動機自身噪聲和其振動所致的噪聲；汽車在行駛過程中，地面和汽車相互作用產生的噪聲；汽車在速度較快時，空氣所致的噪聲。在發(fā)動機低轉速運轉時，發(fā)動機的噪聲是在整車噪聲中最主要的噪聲，因此降低汽車噪聲，首先要降低發(fā)動機噪聲。

發(fā)動機噪聲的聲源并不是單一的，它們主要有機械部件運轉產生的噪聲，進、排氣噪聲，風扇運轉產生的噪聲，燃料燃燒時的噪聲等。其中最主要的噪聲來源為排氣噪聲，因此降低排氣噪聲，即可很好的降低發(fā)動機的噪聲，這樣一來，就可以有效的降低汽車噪聲。目前，利用消聲器降低排氣噪聲是降低發(fā)動機噪聲的便利方法。

2 汽車排氣消聲器在國內外的發(fā)展狀況

目前汽車上使用的消聲器主要有無源消聲器和有源消聲兩種類型。在無源消聲器中，最常用的為抗性消聲器，主要利用聲音在共振室和擴展腔里反復衰減而降低噪聲。此外，阻性消聲器和阻抗復合型消聲器也經常被使用在汽車上。阻性消聲器的降噪原理與抗性消聲器不同，阻性消聲器主要是利。阻抗復合型消聲器是將阻性消聲器和抗性消聲器合理組合，來實現(xiàn)消聲的。

有源消聲器利用聲波干涉的原理來降低噪聲，需要在原聲場中引入次級聲源，使其與原聲源相互作用，而降低噪聲，它是噪聲主動控制的一種形式。

3 消聲器的研究方法和設計方法

科技的進步帶動了各行業(yè)的迅速發(fā)展，消聲器的研究設計方法也一樣，從最初的手工分析法，不斷的發(fā)展為現(xiàn)在的計算機輔助設計。最初在二十世紀二十年代的早期，美國的Stewart首先提出了消聲器的研究設計理論，這一理論被人們稱為抗性聲濾清器理論。在四十年代中期，消聲器的設計中引入了數學方法，蔡超通過數學矩陣計算出了消聲器的聲學傳遞矩陣。在五十年代中期，Davis在截面突變處聲壓和體積振動速度的連續(xù)性和一維波動方程的理論基礎上，分析計算得出了膨脹腔和側支共振的特性。到了五十年代的后期，Igarashi在研究設計中引入了四端網絡原理，他利用等效電路法，研究出消聲器的傳遞特性，并利用四級參數矩陣的形式加以表示。經過十幾年的不斷研究、總結和創(chuàng)新，消聲器的設計中引入了線性聲波法，這類分析法在計算分析中考慮了氣流的影響，又一次的提升了消聲器的理論研究層面，同時也迫使試驗方法的改變，從而使實驗數據的精確度變得更高，與實際情況更吻合。

到了七十年代中期，一維平面波理論的局限性凸現(xiàn)出來，有限元的設計理念也開始萌生，二維和三維的分析方法也開始被應用。到了1975年，Crocker與Young，計算分析了消聲器的傳遞損失，他們此次的分析采用了有限元的理論。后來邊界元法也加入了消聲器的設計中，雖然邊界元法可以縮短計算的時間，但計算結果的精度不高。八十年代的三維有限元分析法已基本成熟，Prasad模擬分析了消聲器的聲學性能，通過試驗的對比，兩者基本吻合，這也意味著消聲器設計方法的又一次突破。

從上世紀九十年開始到現(xiàn)在，科技的迅猛發(fā)展推動了計算機的迅速升級，同時也帶動了設計軟件的迅速發(fā)展。UG、AutoCAD、Ansys和HyperMesh等建模軟件相繼出現(xiàn)；SYSNOISE、GT-POWER和LMS Virtual.Lab Acoustics等分析軟件的出現(xiàn)，為消聲器的設計提供了更精確有效的仿真途徑。1995年，Chao-Nan Wang與H.Luoetal利用邊界元法研究了穿孔插入式消聲器，并計算了該消聲器的傳遞損失。1996年，高宗英與王詩恩通過一維波動方程分析計算了消聲器的通過特性，并且此次研究考慮氣流和聲源的影響。到了1997年，M.L.Munjal 利用平面波法分析得出插出和插入式消聲器的傳遞特性，同時又研究分析了側面插出和插入式消聲器。到了1998年，胡立臣在六類消聲單元傳遞特性的基礎上，創(chuàng)建了數學模型，以表示消聲量。何天明和鄭澤紅在1999年優(yōu)化了NJD433A柴油機的消聲器，他們此次研究使用了傳遞矩陣法；郝民同年也建立參數較為詳細的消聲器模型。到了2000年，在加入氣流與溫度的前提下，唐永琪研究了氣流的影響，此次對消聲器的研究使用了三維圖譜法。丁萬龍在2003年研究了摩托消聲器的性能，他不但使用了邊界元法，通過與試驗進行了對比，兩者結果基本一致。目前，在消聲器的設計中，建模仿真技術已被廣泛應用，它不但可以大大縮短設計周期，還可以提高設計過程中的精準度。

4 消聲器的材料

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，消聲器的制造材料也在不斷的變化。在汽車上使用消聲器的初期，消聲器主要采用鍍鋅鋁和普通鋼來制造。后來汽車排放受到了限制，而發(fā)動機的性能又進一步提升，因此，抗腐蝕性強且耐高溫的鍍鋁鋼取代了之前的廉價材料，用于生產消聲器。后來，人們對汽車尾氣有了新的要求，三元催化器加入到了排氣系統(tǒng)，這對消聲器的材料有新的要求，不銹鋼開始運用到了消聲器的制造中來。目前的不銹鋼有很多種類，不同的國家采用的不銹鋼也有所不同，這主要由于不同國家或地區(qū)對汽車噪聲級別的限制不同所造成的。

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