消聲器及排氣管的設計
消聲器的主要作用是降低發動機的排氣噪聲,并使高溫廢氣能安全有效地排出。消聲器作為排氣管道的一部分,應保證其排氣暢通、阻力小及足夠強度。消聲器要經受500~700。C高溫排氣,保證在汽車規定的行駛里程內,不損壞、不失去消聲效果。
1、 消聲器的主要結構形式
汽車消聲器按消聲原理與結構可分為抗性消聲器、阻性消聲器和阻抗復合型消聲器三類。
1 抗性消聲器
抗性消聲器是在內部通過管道、隔板等部件組成擴張室、共振室等各種消聲單元時,聲波在傳播時發生反射和干涉,降低聲能量達到消聲目的。抗性消聲器消聲頻帶有限,通常對低、中頻帶消聲效果好,高頻消聲效果差,貨車多采用抗性消聲器。
2 阻性消聲器
是在內部排氣通過的管道周圍填充吸聲材料來吸收聲能量達到消聲目的的消聲器。對中、高頻消聲效果好,單純用作汽車排氣消聲器較少,通常與抗性消聲器組合起來使用。
3 阻抗復合型消聲器
是分別用抗性消聲單元和吸聲材料組合構成的消聲器,它具有抗性、阻性消聲器的共同特點。對低、中、高頻噪聲都有很好的消聲效果。
2、 消聲器的性能要求
1 消聲量
大小以消聲器的插入損失來評價。插入損失是指裝消聲器前后在消聲器出口某固定點測量的排氣聲壓級之差。
D=L1-L2
式中:D——插入損失,dB
L1——安裝消聲器前在某點測量的排氣聲壓級,dB
L2——安裝消聲器后在某點測量的排氣聲壓級,dB
在實際測量時先測量不裝消聲器的排氣噪聲。按插入損失定義,為保證測量點位置不變,用一根同消聲器等長、管徑與消聲器進氣管相同的空管代替消聲器。再測量裝消聲器時的排氣聲壓級。
2 消聲器功率損失
評價發動機額定功率點的功率損失比R的計算公式為:
R=(P1-P2)/P1×100%
式中:P1——不帶消聲器而帶空氣管時的發動機功率,KW
P2——帶消聲器后發動機功率,KW
功率損失比要求為:重型車R≤3%;中型車R≤5%;輕型車R≤6%。
實際測量中,用直接測量消聲器排氣背壓來評價消聲器性能。貨車柴油車一般為10Kpa。
3 結構強度
主要是指抗震性、密封性、抗回火性等。消聲器臺架試驗中經20次試驗后,消聲器不出現咬口或焊接部位損壞。試驗完畢后測量漏氣量總和不超過200L/min,插入損失下降不大于3 dB,功率損失比增加不大于1.5%。
3、 設計要點
1 確定消聲器的消聲量
設計消聲器時首先要確定降低排氣噪聲的目標值,即由發動機排氣噪聲大小,頻譜特性和消聲器所匹配車輛的噪聲標準限值來決定消聲器消聲量大小。假設聲源特性屬線性聲源,聲衰減量L為:
L=10Lg(R2/R1)
式中:R1——消聲器出口處噪聲限值點到聲源點距離;
R2——整車噪聲限值測點到聲源點距離。
現以輕型汽車計算為例,已知整車車外加速行駛噪聲限值La=84 dB, R1=0.5m(按消聲器試驗規范), R2=7.5 m(按整車噪聲試驗規范),
L=10 Lg(R2/R1)=10 Lg(7.5/0.5)=11.6 dB
消聲器出口噪聲限值Lm=L+La=95.6 dB
輕型車發動機排氣聲壓級為120 dB,那么消聲器的消聲量應大于120-95.6=24.4 dB
2 控制消聲器出口氣流速度
當氣流速度超過一定限值