基于排氣消聲器背壓與噪聲匹配設計研究

左煒晨，胡光輝，張利，丁吉民

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

基于排氣消聲器背壓與噪聲匹配設計研究

左煒晨，胡光輝，張利，丁吉民

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

文章針對某款車型在設計階段的排氣系統(tǒng)噪聲與背壓及結(jié)構設計研究，主要是對噪聲與背壓及結(jié)構匹配優(yōu)化設計；首先利用GT-power建立排氣消聲元件模型，分析消聲器消聲能力；在利用STAR-CCM+軟件進行排氣系統(tǒng)背壓分析，通過背壓與噪聲消聲能力對比研究，選擇滿足背壓要求的最優(yōu)排氣系統(tǒng)消聲器方案，來做為設計凍結(jié)的消聲器方案；同時也能夠研究排氣系統(tǒng)背壓和消聲器結(jié)構對排氣噪聲的影響。

排氣系統(tǒng)；消聲能力；背壓；結(jié)構

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-51-02

前言

隨著科學和技術的發(fā)展、時代的進步以及國內(nèi)人們生活品質(zhì)的提高，現(xiàn)階段人們對汽車整車 NVH性能要求越來越高，NVH主要分為兩塊：噪聲與振動；其中發(fā)動機是整車最主要的振動噪聲源。消除發(fā)動機蓋噪聲是排氣系統(tǒng)主要的功能之一，排氣系統(tǒng)主要是由管路和消聲元件連接而成。傳遞損失是評價消聲元件消音能力的重要評價指標，而傳遞損失主要和消聲元件內(nèi)部結(jié)構和整個排氣系統(tǒng)背壓值決定；排氣背壓值越小，發(fā)動機動力性越好，消聲效果越差；反之排氣背壓值越大，發(fā)動機動力性越差，消聲效果越好；因此目前排氣系統(tǒng)噪聲與背壓的匹配設計分析在整車以及排氣系統(tǒng)NVH設計中是非常重要的方面。

1 排氣系統(tǒng)傳遞損失分析[1]

1.1 排氣消聲元件模型

圖1 一級消聲器模型Fig.1 Model of first stage muffler

排氣消聲元件由一級消聲器和二級消聲器組成；根據(jù)方案設計一種一級消聲器案分別和三種二級消聲器方案相匹配。下表為方案簡述[3]：

圖2 二級消聲器模型Fig.2 Two stage muffler model

表1 消聲元件方案簡述Tab.1 Outline of silencing element scheme

1.2 排氣消聲元件傳遞損失分析

圖3 傳遞損失分析模型Fig.3 Transfer loss analysis model

利用GT-power軟件進行模型建立[2]，噪聲源采用軟件自帶白噪聲設置；排氣系統(tǒng)管路采用直管代替，主要靠消聲元件的消聲能力。

圖4 傳遞損失分析結(jié)果Fig.4 Transfer loss analysis results

通過分析對比，三種方案消聲能力各有不同；

方案二比方案一相比：

①100Hz以下消聲能力相當；

②100Hz以上消聲能力較強。

方案三相對于方案一對比：

①100Hz以下消聲能力較強；

②100Hz以上消聲能力相當。

2 排氣系統(tǒng)背壓分析

2.1 排氣系統(tǒng)分析背壓云圖

利用 STAR-CCM+軟件進行排氣系統(tǒng)三種背壓分析[4]，背壓云圖如下：

圖5 排氣背壓云圖結(jié)果Fig.5 Results of exhaust back pressure nephogram

通過軟件分析背壓云圖可以看出排氣系統(tǒng)背壓值分布情況，也可以查看某一段的排氣背壓值，在設計時調(diào)整背壓提供明確的方向和目的，同時也能看出哪一段背壓值超出目標值要求。

2.2 排氣系統(tǒng)分析背壓值

表2 排氣系統(tǒng)背壓值Tab.2 backpressure value of exhaust system

從上述可知，

a、方案二方案一對比：在結(jié)構變化不大的情況下，背壓加大，消聲效果變好。

b、方案三與方案一對比：在結(jié)構變化的情況下，背壓加大，消聲效果變好。

3 結(jié)束語

基于GT-Power、STAR-CCM+軟件對某乘用車消聲器做的傳遞損失和背壓仿真分析，通過不同方案的數(shù)據(jù)進行對比，可以看到排氣系統(tǒng)結(jié)構背壓對消聲器消聲能力及噪聲的影響結(jié)果。所以，在消聲器的設計過程中，充分利用聲學及流場仿真分析軟件的輔助，可以提高工作效率，了解設計方案的不足，以及后期消聲器內(nèi)部結(jié)構調(diào)整方向；縮短開發(fā)周期。本文可對汽車消聲器的設計起到參考作用。

[1] 湯海娟等.基于 GT-Power軟件的排氣系統(tǒng)噪聲分析與改進[J].客車技術與研究,2015,6：20-23.

[2] 黃國海等.汽車消聲器內(nèi)部結(jié)構對排氣背壓和油耗的影響.汽車技術,2014,5：5-8.

[3] 湯鴻明等.基于 GT-Power的消聲器聲學性能分析計算[J].裝備制造技術,2015,11：30-32.

[4] 吳春玲.基于 STARCCM+對排氣系統(tǒng)進行參數(shù)化設計和優(yōu)化.Eq uipment M anufactring Tech nology 2011,7：45-50.

Study On Exhaust System Vibration Design Based On Modal Analysis

Zuo Weichen, Hu Guanghui, Zhang Li, Ding Jimin
（Echnological Center, Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601）

In this paper a model of noise and back pressure and structure design of exhaust system in the design stage, mainly,the optimization design of the noise and the back pressure and structure; first established by GT-power exhaust muffler element model, analysis ability; analysis of back pressure in the exhaust system by using STAR-CCM+ software, through the comparison of the back pressure and noise elimination ability select the optimal scheme, meet the muffler exhaust system backpressure requirements, to design the muffler of freezing; also can influence on the exhaust system backpressure and muffler structure of exhaust noise.

exhaust system; muffling capability; back pressure; structure

U462.1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)20-51-02

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.017

左煒晨（1991-），男，本科，就職于江淮汽車技術中心工程師，從事整車進排氣系統(tǒng)和零部件的設計與NVH控制工作。