汽車排氣消聲器性能分析

王穎

摘 要：噪音是一種非常常見(jiàn)的環(huán)境污染?；谌说闹饔^意愿來(lái)講，沒(méi)有人愿意聽(tīng)到噪音。所以，消聲器的使用愈來(lái)愈廣泛。汽車在運(yùn)行過(guò)程中排氣管會(huì)產(chǎn)生非常大的噪音，在排氣裝置中安裝消聲器能夠有效地減小噪音，降低對(duì)駕駛?cè)撕椭車h(huán)境的污染。本文對(duì)汽車排氣消聲器的性能及設(shè)計(jì)方式進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：汽車；排氣管；消聲器；性能

在當(dāng)前嚴(yán)峻的環(huán)保形勢(shì)下，汽車排氣消聲器不但要具備降低噪音的性能，同時(shí)還應(yīng)該能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)其他空氣污染物的吸收和過(guò)濾。本文對(duì)汽車排氣消聲器的性能與設(shè)計(jì)展開(kāi)了探討。

一、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣消聲器的應(yīng)用原理和分類

發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣和排氣噪聲是由汽車主要的噪聲源之一。為降低和控制發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣和排氣噪聲，在進(jìn)氣和排氣系統(tǒng)中安裝消聲器是一種最有效的措施。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的功率范圍很廣，轉(zhuǎn)速范圍也各不相同，所以發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣和排氣消聲器的結(jié)構(gòu)形式也多種多樣。此外，由于不同的應(yīng)用領(lǐng)域又各有其特點(diǎn)和要求，發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣和排氣消聲器的性能分析非常有必要。

常見(jiàn)的汽車排氣消聲器主要可以分為阻性消聲器以及抗性消聲器兩種。阻性消聲器利用吸聲材料的吸聲作用，當(dāng)聲波進(jìn)入消聲器中，會(huì)引起阻性消聲器內(nèi)多孔材料中的空氣和纖維振動(dòng)，由于摩擦阻力和粘滯阻力，使一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而失散掉，從而起到消聲作用?？剐韵暺髦饕峭ㄟ^(guò)在管道上接截面突變的管段或旁接共振腔，利用聲阻抗失配，使某些頻率的聲波在聲阻抗突變的截面處發(fā)生反射、干涉現(xiàn)象，從而達(dá)到消聲目的。

二、排氣消聲器的性能與設(shè)計(jì)分析

發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒所產(chǎn)生的廢氣中的有害成分主要有碳?xì)浠衔铮℉C）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、二氧化硫、灰塵顆粒等。顆粒性物質(zhì)主要包括固態(tài)碳基顆粒、可溶性有機(jī)物及無(wú)機(jī)物（硫酸鹽類）。這些物質(zhì)是重要的環(huán)境污染源，在排入大氣之前，必須對(duì)其進(jìn)行凈化處理。發(fā)動(dòng)機(jī)排放控制可分為機(jī)內(nèi)控制和機(jī)外控制兩種。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)排放法規(guī)的日益嚴(yán)格，僅依靠改善發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒等機(jī)內(nèi)凈化技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足需求，必須借助機(jī)外控制技術(shù)（即采用后處理裝置），相應(yīng)的機(jī)外凈化技術(shù)有催化轉(zhuǎn)化器和微粒過(guò)濾器等。

催化轉(zhuǎn)化器是利用催化劑加速?gòu)U氣中的有害成分HC、CO、SOF 和 NOx 的氧化、還原反應(yīng)，將有害物轉(zhuǎn)化為H2O、CO2 和N2 的一種反應(yīng)器。催化轉(zhuǎn)化器又分為氧化型催化轉(zhuǎn)化器和還原型催化轉(zhuǎn)化器（用于降低 NOx 的排放）。催化轉(zhuǎn)化器使用涂有催化劑的陶瓷載體或金屬載體，載體由很多個(gè)直通的小孔道平行排列而成，為通流式。其載面上每平方英寸有幾百個(gè)通道，各個(gè)小孔道由薄壁相隔，小孔通道壁面涂有催化劑層，催化劑主要是用的是鉑（Pt）、鈀（Pd）、等黃金屬。微粒過(guò)濾器用于過(guò)濾和除去碳煙微粒。與催化轉(zhuǎn)化器所使用的載體不同，微粒過(guò)濾器所使用的載體是由很多個(gè)一端開(kāi)口、一端封閉的小孔道平行排列而成，為橫流式。氣體從小孔到的開(kāi)口端進(jìn)入，由于另一端封閉迫使氣體通過(guò)壁面上的孔隙流入相鄰的小孔道，再?gòu)倪@個(gè)小孔道的開(kāi)口端流出。由于壁面上的空隙很小，顆粒無(wú)法通過(guò)，進(jìn)而在壁面上燒掉或氧化掉，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)濾顆粒的效果。

下圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣凈化后處理裝置結(jié)構(gòu)圖。無(wú)論是催化轉(zhuǎn)化器還是微粒過(guò)濾器，都需要安裝在金屬客體之內(nèi)，因而這種尾氣凈化后處理裝置本身就是一個(gè)消聲器，具有一定的消聲效果。

為控制發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣污染和降低排氣噪聲，需要在排氣系統(tǒng)中安裝凈化機(jī)和消聲器。為了節(jié)省空間，可以將凈化器和消聲器設(shè)計(jì)成一體式結(jié)構(gòu)，即排氣凈化消聲器。從而實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣凈化和排氣噪聲控制的雙重功能。由于載體細(xì)小通道內(nèi)的氣體粘滯性阻尼對(duì)高頻聲能具有一定的衰減作用，這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的 排氣凈化消聲器能夠獲得比傳統(tǒng)排氣消聲器（無(wú)載體）更好的消聲效果。

下圖2為一種車用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化消聲器結(jié)構(gòu)示意圖，尾氣由進(jìn)氣管上的小孔流入左端腔和中間腔，進(jìn)入中間腔的氣體經(jīng) 穿孔隔板進(jìn)入左端腔，由兩路氣體匯合后流入裝有凈化器連接 管，在此發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使廢氣得到凈化，之后進(jìn)去右端腔，最后從出氣管排出。

下圖3為一種大功率發(fā)動(dòng)機(jī)排氣凈化消聲器結(jié)構(gòu)示意圖。雙級(jí)膨脹腔結(jié)構(gòu)能很好地消減中低頻噪聲成分，而凈化器載體對(duì)高頻聲波具有一定的衰減作用。

三、結(jié)語(yǔ)

由于設(shè)備的工作狀態(tài)和技術(shù)要求各不相同，消聲器設(shè)計(jì)需要綜合考慮各種因素的影響、指標(biāo)要求和限制條件。消聲器設(shè)計(jì)的首要任務(wù)就是獲取設(shè)計(jì)輸入信息，如發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)、功率、噪聲頻譜、管道直徑、消聲器外形尺寸、安裝位置、消聲器插入損 失和阻力等技術(shù)指標(biāo)。在消聲器設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了需要消聲性能計(jì)算分析和測(cè)量外，還需要開(kāi)展階次噪聲分析、流場(chǎng)和阻力分析，消聲器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)學(xué)影響分析、震動(dòng)、應(yīng)力、強(qiáng)度 和可靠性分析等。為驗(yàn)證消聲器的實(shí)際消聲效果和其他技術(shù)指標(biāo)，通常需要開(kāi)展必要的實(shí)驗(yàn)測(cè)量，如各種工況下消聲器的插入損失、輻射噪聲、阻力損失、震動(dòng)、應(yīng)力、疲勞耐久等。

參考文獻(xiàn)

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