汽车消声器设计流程a

汽车消声器设计北京绿创环保设备股份有限公司汽车排气系统设计所吴帮玉消声器设计流程设计策划产品设计设计确认设计评审设计验证汽车消声器设计策划过程

消声器设计输入信息的收集消声器开发计划的制定消声器开发目标的制定资料收集-发动机的参数发动机主要技术参数:1.发动机的最高转速和额定转速

2.发动机的排气量,是否是增压发动机3.发动机的排气噪声频谱汽车底盘参数1.排气管布置及走向2.消声器安装位置及空间大小3.排气管的总长度及挂钓位置资料收集-客户其它特殊要求执行的标准和法规的要求排气系统总成成本要求系统开发周期的要求产品的可行性和使用寿命的要求其它的一些特殊特性要求(如材料/软联接/表面处理等)消声器开发计划制定消声器开发计划的制定要进行资源配置,开发成本预算;时间节点划分与控制等。通常划分为五个阶段进行。QFD(QualityFunctionDeployment)展开技术特性中心(关系)矩阵顾客要求顾客要求重要性级别自身特性竞争对手A特性竞争对手B特性竞争性优先加权数Σ特性分值竞争的基准自身的特性特性的目标技术交互作用顾客评价顾客声音将顾客的要求转换成明确的特性目标，确定产品的设计质量，然后经过各功能、部件的质量，直至各部门的工作质量和工序要素，对其中的关系进行系统地展开，包括质量展开、技术展开、成本展开和可靠性展开。明确质量目标、技术目标、成本目标和可靠性目标。消声器设计与开发目标确定要求质量相关矩阵设计质量技术能力评价策划过程小结产品开发策划过程主要解决如下问题:开发信息的收集开发计划的制定开发资源的配置开发目标的确定排气系统-初步设计:

汽车排气消声器是一种高温、高速的脉动气流噪声，当发动机工作时，气缸内的废气随排气口间断开闭而周期性地喷射到排气管内,它的声源非常复杂。在系统设计时有如下要素需要考虑：消声器设计过程排气系统声学舒适度的限制条件气流速度、湍流、指向性隔声、隔振、耐温布置、截面、指向性主观感受物理量限制空间几何尺寸背压阻力

气流再生噪声其它声源的屏蔽消声器材料工艺、成本排气管初步设计为了降低消声器的阻力损失和气流再生噪声，保证消声器正常工作，必须降低消声器和管道中的气体流速。对于汽车排气消声器中的气体流动速度，一般气流速度控制在50-60m/S之间。可根据发动机排量初步计算确定排气管直径。直径D=68mm直径D=56mm直径D=62mm管径与排气噪声关系消声器安装位置初步设计消声器安装位置越靠近发动机消声效果越好，但是通常在发动机附近由於受到空间的限制，很难安装消声器，所以消声器通常安装得比较靠后。对于二级消声器，通常前置消声器安装位置要求尽可能靠近发动机排气口。消声器容积的初步设计消声器容积与排气系统插入损失之间的关系

05101520253035515253545IL消声器容积升()

通常讲，消声器容积越大，消声效果越好。排气噪声的大小很大程度上取决于消声器容积。要达到理想的消声效果，消声器容积至少要是发动机气缸体积的10倍至20倍，前置消声器容积达到发动机气缸体积的两倍以上。消声器容积=前置消声器容积+后置消声器容积消声器容积推荐公式《柴油机设计手册》介绍的公式：其中：n-发动机转速；t-冲程数；i-气缸数；vh-单缸排量（L）；k-系数，取1000-5000美国某公司推荐公式：

n-发动机转速；T-冲程；N-气缸数；Vh-发动机排量；Q-系数；取5-6英国某公司推荐公式：n-发动机转速；Vh-发动机排量；i-气缸数消声器长径比设计当消声器容积保持不变时，只改变其内径与长度，L/D越小，空腔越扁，截面积的扩张比m越大，最大衰减量也随之增大，但消声频率范围变得很窄。经验推荐值：

3<L/D<4汽车消声器设计计算消声消分类传统的消声结构设计与计算仿真模拟消声性能计算排气管及消声器压力损失计算排气管及消声器压力损失仿真模拟计算消声器设计要素消声器设计要求声学特性要求空气动力学要求机械和材料要求成本要求安装空间限制

消声器的目的就是减少声能的传递。如传递损失、噪声降低量和插入损失。通常用声压级和频谱进行分析。消声器两边的压力差太大，气流阻力也会增加，发动机的功率就会下降。通常用排气背压静压或动压进行分析排气系统中温度很高，材料在这样的高温气体环境中很容易腐蚀；消声器都是薄板材料制造的，在机械振动和气流冲击下，很容易辐射噪声；结构设计(包括材料)必须满足一定的刚度和强度要求。在汽车排气消声器设计中，成本的因素有时是决定性的。在消声器设计时必须加以考虑要达到良好的消声效果，消声器的容积应该越大越好，但是排气系统能够安装的空间都非常有限。所以往往是在限定的空间内来设计消声器。排气系统噪声源发动机机械噪声辐射噪声冲击噪声尾管噪声尾管空气噪声振动噪声辐射噪声机械噪声消声器结构设计方法查找、估算及测量发动机噪声数据（A声级和倍频带声压级等），并确定辐射噪声的部位和传播噪声的主要途径，从而选择消声器安装的最佳位置。根据国家标准和客户要求以及确定的具体指标，确定允许噪声的标准限值，计算消声器所需要的消声量。根据需要的消声量、空气动力性（排气背压）等要求，确定消声器的类型，设计出符合要求的消声器。反复试验、验证，进行修改后确定设计方案。消声器技术目标消声量传递／插入损失优化设计压力损失消声量频谱选定频率对应的消声量选定频率对的传递／插入损失倍频程１／３倍频程最差频率对应的消声量为目标函数总消声量为目标函数传递／插入损失数据消声量数据压力损失数据优化设计文件消声器设计与优化流程发动机75Hz设计实例:某6缸发动机发动机转速在1500rpm时,大约在75Hz噪声峰值进行优化转速与频率对应关系：K:气缸数n:转速T:冲程数发动机转速在1500rpm时,大约在75Hz噪声峰值进行优化发动机转速在5000rpm时,大约在250Hz噪声峰值进行优化设计实例:某6缸发动机发动机75Hz250Hz优化设计的结果正负误差不超过2dB(A)设计实例:某6缸发动机优化设计的结果正负误差不超过2dB(A)设计实例:某6缸发动机1、阻性消声器可以有效降低中、高频噪声消声器分类2、抗性消声器可以有效降低中、低频噪声消声器分类3、阻抗复合式性消声器宽频消声器消声器分类４、扩散消声器小孔喷注、多孔扩散、节流降压等消声器可以有效地控制小喷口高压排气或放空所产生的空气动力性噪声。消声器分类５、有源消声器消声器分类阻性消声器设计确定消声器的结构形式；选用合适的吸声材料；确定消声器长度；合理选择吸声材料的护面结构；根据高频失效和气流再生噪声的影响，验算消声效果。阻性消声器是在消声器里面安放了多孔吸声材料(如纤纬材料等)，当声波通过这些材料时，声能量被纤纬材料吸收而转变成热能。阻性消声器主要是吸收高频噪声而且频带较宽。吸声材料绝大多数是安放在消声器里面。阻性消声器，吸声材料的密度越高，吸收系数就越大。在吸声材料的密度相同，那么纤纬材料的直径越小，吸声系数越高。材料的吸声系数可用驻波管或混响时间差测量得到。P-消声器通道断面周长L-消声器有效长度S-消声器通道横断面面积αT-吸声系数赛宾公式材料的吸声系数材料的密度与吸声系数

00.20.40.60.810200400600800100012001400160018002000频率(Hz)

吸声系数

00.20.40.60.810500100015002000频率(Hz)

吸声系数

(150)

(150)

(100)

(100)

(50)

(50)

阻性消声器原理利用声阻进行消声。一般是利用多孔吸声材料来制作阻性消声器，当声波通过敷设有吸声材料的管道时，声波将激发多孔吸声材料中众多小孔内空气分子的振动，由于摩擦阻力和粘滞力的作用，使得一部分声能转化为热能耗散掉，从而达到消声目的。

阻性消声器的计算方法赛宾公式：

彼洛夫公式：

－消声系数，与阻性材料垂直入射系数有关。P－气流通流断面周长（饰面部分，无吸声材料的地方不算在内）L－消声器有效长度（饰面部分长度）高频失效：高频不能很好的用平面波近似，方向性强，以窄声束的形式沿通道传播，很少或根本不与饰面接触，造成消声量急剧下降。

消声器的高频失效式中：c—声速，米/秒；

D—气流通道的截面直径，米。上限失效频率:抗性消声器

抗性消声器主要是利用声抗的大小来消声的，利用各种不同形状的管道和腔室进行适当的组合，提供管道系统的阻抗失配，使声波产生反射或干涉现象，从而降低由消声器向外辐射的声能。

常用于汽车消声器设计的技术：扩张室式、共振腔、干涉等

扩张室消声器

原理

利用管道的截面突变引起声阻抗变化，使得一部分沿着管道传播的声波反射回声源；同时，通过腔室和内接管长度的变化，使得向前传播的声波与在不同管道截面上的反射波之间产生180º的相位差，相互干涉，从而达到消声的目的。峰值消声频率:扩张消声器的传递损失为：fn=（2n+1）

通过频率:f“n=

失效频率:f上=1.22c/df下=

扩张比对传递损失的影响扩张器长度对传递损失的影响共振腔消声器

原理

利用共振吸声，当声波入射到共振腔口时，因为声阻抗的突然变化，一部分声能将反射回声源。同时在声波的作用下，孔径中的空气柱产生振动，振动时摩擦阻尼又使一部分声能转变为热能而耗散掉，仅有少量声能辐射出去，从而达到了消声的目的。

分类旁支型和同轴型共振消声器传递损失为：ΔL=10lgK=G=

共振消声器设计方法传导率：阻抗复合式消声器

阻性消声器对中、高频噪声的消声效果好，而抗性消声器则适于消除低、中频噪声。将阻性、抗性两种结构的