汽车消声器设计

２００7年绿创汽车排气系统设计研究班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２００7年绿创汽车排气系统设计研究班声学的基本概念２００7年绿创汽车排气系统设计研究班目录1.声压、声压示例、声压级、声强级、声功率级2.声压级和声强级的比较3.自由声场中的声压级3.室内声场中的声压级和声功率级4.声音的叠加及分贝的相加、相减5.计权网络，A、B、C声级及A声级的计算２００7年绿创汽车排气系统设计研究班声压1.声压:设体积元受声扰动后压强由P0改变为Pl，则由声扰动产生的逾量压强(简称为逾压)就称为声压。01pppdtpTpTe0212.瞬间声压:在已定时间间隔中最大的瞬间声压值称为峰值声压或巅值声压。3.有效声压:在一定时间间隔中，瞬时声压对时间取均方根值称为有效声压２００7年绿创汽车排气系统设计研究班声压示例声压大小的典型例子：人耳对1kHz声音的可听阈(即刚刚能觉察到它存在时的声压)约2×10－5Pa；微风轻轻吹动树叶的声音约2×10－4Pa；在房间中的高声谈话声〔相距lm处)约0.05Pa～0.1Pa；交响乐演奏声(相距5m－10m处)约0.3Pa；飞机的强力发动机发出的声音(相距5m处)约200Pa。２００7年绿创汽车排气系统设计研究班声压级1.人的耳朵有一个很“奇怪”的特点、当耳朵接收到声振动以后，主观上产生的“响度感觉”并不是正比于强度的绝对值，而是更近于与强度的对数成正比。2.声压级声压级以符号SPL表示参考声压pref一般取为2×10－5Pa1020log()erefpSPLdBp２００7年绿创汽车排气系统设计研究班２００7年绿创汽车排气系统设计研究班声强级、声功率级声强级声强级用符号SIL表示声功率级:声功率级用符号Lw表示10010logwwLw式中：Lw——声功率级（dB）；W——声功率（W）；W0——基准声功率，为10-12W。1010log()refISILdBI参考声强Iref一般取10－12W／m2。这一数值是与考声压2×10－5Pa相对应的声强(计算时取空气的特性阻抗400N·s／m)，这也是1kHz声音的可听阈声强。２００7年绿创汽车排气系统设计研究班声压级和声强级的比较声压级与声强级数值上近于相等00400c如果在测量时条件恰好是:则SIL＝SPL；对一般情况，声强级与声压级将相差一个修正项，它通常是比较小的。２００7年绿创汽车排气系统设计研究班自由声场中的声压级在自由声场中，Lw为声源的声功率级，求距声源r米处的声压级Lp。22004epwrc10010logwwLw2210200440010log(*)erefrpcp10100040020log10log(4)SPLrc100040010log(4)11c在自由声场中，已知10m处的声压级为60dB,求100m处的声压级。40dB1020log11wSPLLr２００7年绿创汽车排气系统设计研究班声音的叠加60分贝加60分贝只等於63分贝。下面的公式解释声音相加的原理:即声压级分别为L1,L2……Ln声音叠加,总声压级L的计算过程/2010nLnrefpp22212...nPppP/10110nnLrefjp２００7年绿创汽车排气系统设计研究班1020logrefpLp/101101020lognnLrefjrefpp/1010120log10nnLj当L1=L2=……=Ln时，上式就简化为：/201020log*10nLn/20101020log1010lognLn1010lognLn２００7年绿创汽车排气系统设计研究班声音叠加的例子70dB+70dB+70dB+70dB+70dB=?101010log7010log577nLLndB一个人讲话为声压级60dB，一百个人同时讲话声压级为?80dB60dB+70dB=?60dB+65dB=?２００7年绿创汽车排气系统设计研究班声压级的叠加(分贝的相减)例：为测定某车间中一台机器的噪声大小，从声级计上测得声级为104dB,当机器停止工作，测得背景噪声为100dB，求该机器噪声的实际大小。解：设有背景噪声时测得的噪声为LP，背景噪声为LP1，机器实际噪声级为LP2由题意可知LP-LP1=4dB从图7-2中可查得ΔLP=2.2dB,因此该机器的实际噪声声级为：LP2=LP-ΔLP=104dB-2.2dB=101.8dB２００7年绿创汽车排气系统设计研究班计权网络计权网络实际上是一种电子滤波线路，是按照等响曲线所表示的人耳对声音频率的响应而设计的。在声级计中一般都设计了A、B、C三条计权网络，C计权网络是模拟等响曲线中100phon曲线而设计的。B计权网络是对应模拟等响曲线中70phon曲线，A计权网络是模拟等响曲线中40phon曲线而设计的，它对1000Hz以下的声音有较大的衰减。用A计权网络测量出来的噪声强度，与人耳对噪声的主观感觉比较接近，它也与人耳听力损伤程度相对应，A声级的单位记作dB（A）或dBA。A声级在噪声测量和评价中应用最为广泛。２００7年绿创汽车排气系统设计研究班２００7年绿创汽车排气系统设计研究班等响曲线２００7年绿创汽车排气系统设计研究班A声级的计算在噪声测量中经常需要由倍频带或1/3倍频带声压级计算A声级，可用计权网络数据进行声级叠加方法计算：()/10101010logAiiLLiipiitLtLp--A声级，dB（A）--第i个频带的声压级，dB--第i个频带的A计权网络修正值，dBAiLiL２００7年绿创汽车排气系统设计研究班A声级的计算例：某人一天工作8小时，其中4小时在90dB的噪声下工作，3小时在的85dB噪声下工作，1小时在80dB噪声下工作，计算等效连续A声级。人们在夜间对噪声比较敏感，近年来在等效连续A声级的基础上又提出了昼夜等效A声级的概念来评价环境噪声。对于夜里22时起到次日晨6时之间的声压级，作了附加10dB的处理。昼夜等效A声级可以表示为２００7年绿创汽车排气系统设计研究班消声器质量特性２００7年绿创汽车排气系统设计研究班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。２００7年绿创汽车排气系统设计研究班性能功能方面零部件方面结构方面操作方面外观方面排气系统总成在正常工作条件下使用3年或6万公理;镀锌NSS77h；镀ZrClNSS144h；喷漆NSS240h。催化器衬垫保护;消声器隔板/插管牢固;不得有虚焊;产品安全：防护整车安全隔热防火维修方便：适当地方加法兰联接。使用经济性：阻力小油耗低。汽车排气系统产品质量特性寿命可靠性安全性经济性排气背压〈50KPa；插入损失：28dB；整车定置噪声：85dB；整车通过噪声：74dB；气流速度：50-60m/s；密封:30L/min排气限值：HC：0.2CO：2.3NOX:0.15;装载密度:0.7推力:6mm/2000N密封:不准漏气标准:GB18352.3;GB1495;GB／T18377;QC/T630;QC/T631;材料:SUH409L/SAID/45/20/10/304/ZG200-400/304等螺栓:M10/12X1.25管壁厚:1.5板厚:0.5/0.6/0.8/1.0/1.2/1.5/2载体:堇青石衬垫:3100/4070/6200;关键尺寸:联接尺寸(法兰角度/中心距/螺栓垂直度/吊钩/支架等位置);装配尺寸:共振隔板无间隙不能影响通过高度;柔性联接:波纹管/球面法兰安装方便:间隙保证20mm;油箱,运动件间保证50mm螺栓板子尺寸;氧传感器角度;催化器距排气口距离欧II1.5m;欧III1mm;强度/刚度:插管深度5mm;薄板压肋;消声口/吊钩/支架加保护;共振/辐射噪声考虑安装方便;重量轻巧;不得怠速反复加油;表面防锈处理;法兰发兰;吊钩/螺栓镀ZrCl;不锈钢焊条/焊道喷漆;表面:无划伤;无焊渣;焊道均匀;焊高3mm;标识:标识安主机厂要求;标识清楚;代码/批次号正确;包装:标识/数量/重量/强度/运输安全/装卸方便２００7年绿创汽车排气系统设计研究班排气系统-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：排放噪声振动功率损失可靠性排气系统性能指标排放噪声振动功率损失可靠性排气系统性能指标消声器设计过程２００7年绿创汽车排气系统设计研究班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２００7年绿创汽车排气系统设计研究班２００7年绿创汽车排气系统设计研究班２００7年绿创汽车排气系统设计研究班２００7年绿创汽车排气系统设计研究班消声器的初步设计２００7年绿创汽车排气系统设计研究班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。QD2２００7年绿创汽车排气系统设计研究班707580859095100105110100020003000400050006000rpmdB(A)直径D=68mm直径D=56mm直径D=62mm管径与排气噪声关系２００7年绿创汽车排气系统设计研究班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。２００7年绿创汽车排气系统设计研究班２００7年绿创汽车排气系统设计研究班２００7年绿创汽车排气系统设计研究班２００7年绿创汽车排气系统设计研究班２００7年绿创汽车排气系统设计研究班２００7年绿创汽车排气系统设计研究班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２００7年绿创汽车排气系统设计研究班消声器容积推荐公式《柴油机设计手册》介绍的公式：nitVKVh2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：NTVnQVh1000n-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：inVVh/1n-发动机转速；Vh-发动机排量；i-气缸数２００7年绿创汽车排气系统设计研究班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：3L/D4２００7年绿创汽车排气系统设计研究班消声器结构设计方法1.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