汽车消声器节能技术的应用研究

1、汽车消声器节能技术的应用研究 摘要：介绍了汽车传统消声器的结构和工作原理；指出了传统汽车消声器存在的问题和不足；并提出了新型节能汽车消声器的设计方案；该项技术的推广应用将为我国节约大量珍贵的石油资源。关键词： 汽车消声器 节能 应用研究Automobile silencer energy conservation technology applied research 0 引言：进入二十一世纪以来，中国的汽车工业进入了快速发展的新阶段，2002、2003、2004和2005年我国汽车的产量分别达到325万辆、430万辆、507万辆和570万辆，2005年我国汽车销量位居世界第四位，我国已成为当

2、今世界汽车销售增长最快的地区，汽车工业已成为近几年来拉动我国国民经济快速增长的主要源动力，汽车工业已成为我国国民经济的支柱产业。据中国汽车工业协会的最新统计数据显示，2006年1-4月份，我国汽车的销量达到240.67万辆，比去年同期增长33.48%。截止2005年我国民用汽车保有量达3300万辆，每年修理汽车1.2亿车次，汽车消费已开始进入我国居民家庭消费，汽车行业已成为我国最具发展潜力的朝阳行业。随着我国汽车工业迅速发展，国内汽车保有量大幅增加，汽车工业对石油能源的需求日益增加，我国是一个贫油国，2005年我国进口的原油占国内石油需求总量的38%；同时世界能源危机日益严重，世界石油价格暴涨

3、，原油从2001年的每桶28美元上涨到目前的72美元；国内93号汽油也从每升1.98元上涨到2006年5月底的4.83元；原油价格的上涨导致汽车燃油消耗成本大幅增加，迫使汽车生产厂家通过改进技术，设计发明新型的节油装置降低汽车燃油消耗。作者结合国内外汽车消声器的使用现状和研究的最新成果，以先进的工艺技术和多学科技术为支撑，设计出结构创新独特，性能大大优于传统结构的消声器的新型节能消声器，填补了国内汽车消声器节油技术的空白，是汽车发动机消声器理想的更新换代产品。1 传统汽车消声器的结构及问题分析1.1 传统汽车消声器的结构和工作原理汽车消声器的结构如下图1所示，其主要目的是降低消减发动机的排气噪

4、声。传统汽车消声器多采用穿孔板、内插管和隔版相互组合的内部结构来多次改变气流方向；缩小和扩大气流通过面积；将气流分割为很多支流或并沿着不平滑的平面流动（分散、阻抗、反射、过滤、冷却）等技术，达到消音的目的，但由于结构复杂，往往排气阻力较大，造成发动机功率损失过大，燃油消耗升高，积碳严重。1.2 传统汽车消声器的问题分析首先，目前国内外与汽车配装的排气消声器都属抗性消声器，它的主要目的是降低消减发动机的排气噪声，随着世界对噪声污染的重视，从事汽车消声器研究的科研人员对降低噪声的措施研究一直持续不断，除了不断改进消声器的结构以及进行一些理论研究、运用现代计算机技术模拟设计外，对实验的场所、仪器、规

5、范也进行了大量的探索，但是大都忽视了在噪声降低的同时，其它性能却在下降。其次，抗性消声器是根据声波的滤波原理而设计的，它利用气流流通截面的突变或流通通道阻隔或共振，使气流的部分声波向声源反射回去，从而抵消某些频率或频段的噪声，达到降噪的目的，但是安装消声器后，对原发动机产生了两方面的影响，（1）降低了排气噪声；（2）增加了排气阻力，提高了排气背压，从而降低了发动机的动力性和经济性。消声器的消声性能越好，其结构就越复杂，相应的功率损失越大。一般消声器的功率损失在3到8（消声量较大时允许有较大的功率损失），其消声效果即插入损失在1525dB（A）。第三、由于消声器的主要目的是消声，因此国内外目前主

6、要是从消声效果上进行了大量的研究和实验，而对消声器匹配发动机的动力性和经济性重视不足，仍然采用传统的结构，一旦发动机的动力性和经济性下降较多，一般都是将原消声器放大或将内插管、穿孔板的孔口直径变大解决，放大消声器一方面增加成本，另一方面给原车布置带来困难；内插管、穿孔板孔口直径变大则导致消声效果下降。第四、由于消声器内部结构复杂，容易导致内部积碳堵塞内插管、穿孔板的孔口，从而引起更大的排气阻力，大幅度降低发动机的功率输出。2 新型节能汽车消声器设计方案 设计新型节能消声器的指导思想是：结构要简化；消减排气噪声的同时降低发动机排气阻力，相应减少发动机功率损失，达到提高经济性降低油耗的目的；降低消

7、声器堵塞的可能性。2.1 新型节能消声器的结构设计将原消声器两端的平面板，改为圆锥状，内部结构则屏弃原来的穿孔板、内插管和隔板，改为四级双面鼻锥结构，如下图2所示，使气流沿多级锥体缩放、撞击分流，进行气流能量消耗，声波的分散、阻抗和反射，在保持原有消声效果的前提下，改善了气流特性、降低了排气阻力，提高了发动机的动力性和燃油经济性。2.2 新型节能消声器的特点（1）、降低排气阻力与节能：内部结构的改变使气流沿锥体缩放、撞击分流，从而改善气流特性、降低了排气阻力，在保持原有消声效果的前提下，提高了发动机的动力性和燃油经济性，可使汽车百公里油耗降低3%7%；同时降低了排气温度。降低发动机燃烧废气排放

8、阻力5%8%。（2）、延长消声器使用寿命：没有了传统消声器两端的平板、内部的隔板、内插管以及与外壁等相互之间构成的死角，取而代之锥面平滑过渡，可大大减少消声器内部的积碳、积水、锈蚀，制造工艺相对简单，易于保证产品质量，从而提高其使用寿命23年。（3）、节约原材料：不同于传统的穿孔板、内插管和隔板，新型汽车消声器仅在两端放置鼻锥，可节约一定的原材料。另外，由于鼻锥到锥管之间的缝隙（靠选择二者之间的焊接支脚长度来保证）可调，同样大小的新型消声器可适应不同排量的汽车，从而使制造简单化、节约了原材料，降低了产品制造成本。（4）、提高生产效率：由于同样大小的新型汽车消声器，为适应不同排量的汽车要求，仅在

9、鼻锥装配焊接时略作调整，因此从而也可使制造简单化、通用化、标准化，大大提高生产效率。3 新型节能汽车消声器的创新和试验3.1 结构设计创新（1）原消声器结构外型有两种：圆柱型和椭圆型，见图1，其两端与排气管连接的封板是平面。新型节能汽车消声器是将原消声器两端的平面封板，创新设计成圆锥状，见图2。（2）原消声器在内部结构上采用带隔板的双级或三级膨胀式结构、或带穿孔板的两端排气管突入式结构、或带穿孔管的共振式结构，见图3。本项目内部结构则屏弃原来的穿孔板、内插管和隔板，改为四级双面鼻锥结构，见图4。3.2 技术创新由于结构设计的创新改变，使得新型节能消声器在组装时，不改变零件尺寸的情况下，通过调节

10、鼻锥结构在内腔的焊接位置，可改变鼻锥与前后两端圆锥形的外罩之间的间隙，从而调节气流流通截面积的变化，使同样结构的消声器通过鼻锥位置的变化产生不同的消声效果，而达到配套广泛的技术创新性。3.3 工艺创新由于结构的变化，使得制造工艺必须创新，其创新点为：（1）传统消声器两端的封板与外壳的连接采用折边滚压技术，而本项目两端的圆锥封板与外壳的连接采用亚弧焊接技术；（2）本项目两端的圆锥封板和鼻锥的锥体，是由钢板经冲压落料，然后焊接而成，而原消声器的穿孔管、穿孔板和隔板则需钻孔或冲孔。传统消声器的制造工艺流程见图5，新型消声器的制造工艺流程见图6。结语 新型节能汽车消声器的设计样品经国家汽车质量监督检验中心（襄樊）检测，其性能达到了设计计划任务书的要求，并符合或优于相关标准的规定，其综合性能具国内先进水平；该项目已获得了国家实用新型技术专利。在国家提倡节约能源、重视环保的今天，相信该技术的推广具有广阔的市场空间；该项目产品具有良好的市场前景；该项目的实施将为国家节约大量珍贵的石油资源。 参考文献：、1 许学利 . 氧传感器波形分析J.汽车维护与修理 ，2004，(2)：43-44.2 吴文渊 . 现代汽车电子控制技术M. 北京：人民交通出版社， 2002.46-60.3 刘廷振 .奥迪A6轿车电控装置检修技术问答 M .北京：人民交通出版社 2001，134-150