汽車排氣系統(tǒng)噪音與振動(dòng)的控制

張科

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車已成為每家每戶必備的交通出行工具。而汽車使用時(shí)的噪音與振動(dòng)一定程度上影響了用戶的使用體驗(yàn)，對(duì)此，我們主要進(jìn)行了汽車排氣系統(tǒng)所引起的振動(dòng)與噪音的研究，并針對(duì)所得到的結(jié)論采取了相對(duì)的規(guī)避措施。

關(guān)鍵詞：汽車排氣系統(tǒng)；噪音源；振動(dòng)源；分析與控制

中圖分類號(hào)：U472.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-9129（2018）07-0071-01

Abstract： with the continuous development of the social economy， the automobile has become a necessary transportation vehicle for every household. And noise and vibration when the car using a certain extent， affect the use of the user experience， to this， we mainly has carried on the vibration and noise caused by automobile exhaust system research， and get the conclusion for the relative to circumvent measures were taken.

Key words： automobile exhaust system； A noise； Vibration source； Analysis and control

引言：

在某新品汽車“CK-1”剛被推出來(lái)時(shí)，顧客普遍反映該汽車在駕駛過(guò)程中存在明顯的振動(dòng)噪聲。經(jīng)研究人員的檢查測(cè)試，發(fā)現(xiàn)：干擾汽車駕駛員的耳邊噪聲已達(dá)到了54dB，而市場(chǎng)上同車型汽車所產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲為43dB，有少數(shù)可達(dá)到40dB以下。為此，專業(yè)人員對(duì)此進(jìn)行了檢測(cè)，得到結(jié)論：汽車的NVH狀況受發(fā)動(dòng)機(jī)、排氣系統(tǒng)振動(dòng)的影響，與汽車本身的結(jié)構(gòu)也有一定關(guān)系，對(duì)此原因一一排查，得到排氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲是主要的振動(dòng)源。故解決此問(wèn)題，首先要對(duì)排氣系統(tǒng)分析和完善。

1 排氣系統(tǒng)

汽車的排氣系統(tǒng)是指從汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣歧管到尾管之間各個(gè)零部件的組合連接。排氣系統(tǒng)的主要功能是進(jìn)行廢氣的處理以及噪聲的減弱。通過(guò)分析得到的汽車排氣系統(tǒng)對(duì)車輛NVH的影響應(yīng)分為兩部分：一是排氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的振動(dòng)通過(guò)吊掛傳到駕駛室內(nèi)，二是通過(guò)空氣傳播傳入駕駛室。對(duì)這兩種情況進(jìn)行分開(kāi)的分析處理。

2 排氣系統(tǒng)的噪聲源與振動(dòng)源

2.1排氣系統(tǒng)的噪聲源

由分析得：排氣系統(tǒng)所產(chǎn)生的振動(dòng)是主要的噪聲源。排氣系統(tǒng)的噪聲源分為好幾大類：空氣噪聲、沖擊噪聲、輻射噪聲和氣流摩擦噪聲。

2.1.1空氣噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中由于所形成的壓力波在排氣通道內(nèi)傳播時(shí)產(chǎn)生的?？諝庠肼曋饕芘艢夤艿乐睆降挠绊懀?dāng)氣流一定時(shí)，直徑越大，所形成的空氣噪聲相對(duì)就不明顯。故它的大小主要受排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的影響。

2.1.2沖擊噪聲是由于排氣管道中不穩(wěn)定氣流對(duì)管道壁產(chǎn)生強(qiáng)烈沖擊所產(chǎn)生的。例如當(dāng)排氣管道壁很窄、管道的彎曲程度很小時(shí)，當(dāng)氣流通過(guò)，會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊性，產(chǎn)生“砰”的沖擊聲。即，管道的通路突然彎曲改變或者管道橫截面積突然變化，是沖擊噪聲的主要來(lái)源。所以，設(shè)計(jì)管道結(jié)構(gòu)時(shí)，管道弧度的漸進(jìn)性改變是減弱沖擊噪聲的主要途徑。

2.1.3輻射噪聲是由于機(jī)械振動(dòng)激勵(lì)或者受內(nèi)部流體壓力而引起排氣管道內(nèi)部各消聲元件振動(dòng)，通過(guò)聲音輻射出去。輻射噪聲又主要分以下三個(gè)方面：

第一：機(jī)械振動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)及運(yùn)行的整個(gè)過(guò)程中，車體的振動(dòng)會(huì)傳到排氣系統(tǒng)，引起排氣系統(tǒng)內(nèi)部各管道、各元件的直接振動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生噪音。

第二：不穩(wěn)定氣流。當(dāng)管道中的氣流速度很高時(shí)，在管道的彎曲部位很容易產(chǎn)生紊流。雜亂的紊流劇烈地沖擊管道內(nèi)各元件外部的薄板，產(chǎn)生輻射噪聲。由此產(chǎn)生的輻射噪聲主要與管道及各元件的幾何尺寸，結(jié)構(gòu)材質(zhì)剛度等相關(guān)。解決此種噪聲可通過(guò)兩方面處理：一是改變結(jié)構(gòu)特征。如加阻尼處理，采用雙層板層。二是減少流體聲波的干擾。

第三：穩(wěn)定的空氣氣流。在車體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，穩(wěn)定的空氣氣流對(duì)管道會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖力，由此產(chǎn)生相對(duì)穩(wěn)定的輻射噪聲。

2.1.4氣流摩擦噪聲是指流動(dòng)速度很高的氣流在排氣管道尾管處噴出時(shí)，所產(chǎn)生的巨大的噪聲?？赏ㄟ^(guò)添加吸聲材料，加大管道橫截面積等方法達(dá)到降低噪聲的目的。

2.2排氣系統(tǒng)的振動(dòng)源

發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)有四個(gè)來(lái)源：發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械振動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的氣源沖擊，聲波激勵(lì)，車體振動(dòng)。

2.2.1發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械振動(dòng)：發(fā)動(dòng)機(jī)是直接與排氣系統(tǒng)相連的，所以振動(dòng)是直接影響的。

2.2.2發(fā)動(dòng)機(jī)的氣源沖擊：高速氣流直接通過(guò)氣缸排出后直接到達(dá)排氣系統(tǒng)的歧管處，引起排氣系統(tǒng)的振動(dòng)。也易形成紊流，引起振動(dòng)。

2.2.3聲波激勵(lì)：聲波在管道傳輸過(guò)程中，對(duì)各元件管道壁的沖擊所產(chǎn)生的振動(dòng)。

3 控制排氣系統(tǒng)噪聲振動(dòng)的方法

3.1降低排氣系統(tǒng)噪聲源的方法

根據(jù)上述的原理及影響因素，汽車“CK-1”排氣系統(tǒng)進(jìn)行了以下改進(jìn)。

3.1.1增大消生器的容積，改變其對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)。

后消聲器相比原消聲器將跑道型改變?yōu)樾龎簣A形，并加長(zhǎng)了長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)了容積的增大，與理論“總消聲器的容積應(yīng)超出發(fā)動(dòng)機(jī)排量的10倍”相符合，同時(shí)采用了吸聲材料，并將其單層外殼改換為雙層外殼，消聲作用改善明顯。

3.1.2改變尾管長(zhǎng)度及形狀。

尾管噪聲主要是由空氣噪聲和氣流摩擦噪聲產(chǎn)生的。改進(jìn)之前的汽車尾管是向下的，改進(jìn)后使它朝向后下方，并縮短尾管的長(zhǎng)度，經(jīng)多次試驗(yàn)操作，噪聲明顯改善。

3.2降低排氣系統(tǒng)振動(dòng)源的方法

我們對(duì)排氣系統(tǒng)進(jìn)行了模態(tài)分析，將排氣系統(tǒng)分成了39個(gè)點(diǎn)。采用單點(diǎn)激勵(lì)多點(diǎn)響應(yīng)的模態(tài)實(shí)驗(yàn)方法，分析數(shù)據(jù)最終得到排氣系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)排氣歧管連接安裝面的各階模態(tài)的動(dòng)剛度都很差，為此，我們采取了以下技術(shù)措施。

3.2.1實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)與車體隔離

在三元催化劑前面加了軟波紋管，且軟波紋管的長(zhǎng)度要進(jìn)可能的長(zhǎng)些，使發(fā)動(dòng)機(jī)的傳遞得到了衰減。

4 結(jié)語(yǔ)：

通過(guò)研究該型汽車出現(xiàn)高噪音的問(wèn)題，并對(duì)此進(jìn)行分析與改進(jìn)，使噪音下降到了43dB，滿足了國(guó)內(nèi)同類型汽車的要求。同時(shí)，通過(guò)進(jìn)行這項(xiàng)研究，分析影響排氣系統(tǒng)的各個(gè)因素，為今后工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]智淑亞，黃星星.汽車排氣系統(tǒng)頻率有限元分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2012（10）：59-61.