内燃机排气消声器设计分析技术发展

内燃机排气消声器设计分析技术发展1．消声器的主要评价指标1.1插入损失:声压级之差1.2传递损失：入口的入射声能与出口的透射声能的比值1.3消声量：消声器入口的声压与出口的透射声压之比1.4发动机的功率损失：取决于消声器的空气动力学性能，局部阻尼损失与沿程阻尼损失2．消声器主要参数的选择－经验2.1消声器气流流通面积的确定（1）速度：高温气流在消声系统中流动，气流可以改变声波在消声器内部的传播规律；同时气流可以产生再生噪声（高速气流撞击消声器的部件，取决于速度的大小）一般将插入管气流的速度u=60~90m/s，消声器内部的气流速度应控制在40~60m/s的范围内。（2）进气管内部直径d1的确定由内燃机的排量，合适的气流速度，确定流通面积和直径d1。内燃机的排量:实测、理论计算（3）内部各流通面积的确定（气流的流体截面积前部应该大一些，后面的截面积小一些，流速控制在40～60m/s）2.2消声器有效容积的确定国内外有许多人有推荐公式，与内燃机的排量、气缸数、冲程数、压缩比、是否增压和消声量的要求来确定。2.3消声器外形尺寸的确定（长度和内经）由消声量确定膨胀比，再消声器的内径（D）由一些统计的L/D数据，确定长度L。2.4消声器腔数的确定腔数越多：高频的消声效果好，低频的消声效果差；制造复杂一般应该根据消声特性和消声量来选择经验：要求消声量大于10db时，腔数:2~3要求消声量大于15db时，腔数:3~4要求消声量大于20db时，腔数大于:42.5消声器各腔长度的确定第一腔的容积不应小于内燃机排量的1～3倍（主要消除内燃机燃烧过程和进、排气开闭时所产生的冲击噪声，与内燃机标定功率的转速、气缸数、冲程数等有关。其余L2=L1/2,L3=L2/2这样安排各腔长度的消声器具有消除底、中、高频噪声底全频消声器。2.6各腔连接方式的确定用小孔或者插入管相连。实验＋经验。2.7空腔内吸声材料的应用增加高频的吸声效果。2.8排气管尾管的长度和直径的确定主要用于轿车上。由于消声器的容积有限，其不足的消声量，尤其是低频部分，依靠长尾管消声补偿；另外长尾管还有利于将废气引到车尾，排入大器中。尾管的长度：适中尾管的直径：越小的话，消声量大，但是容易产生气流再生噪声。一般的情况：低速时采用细而长的尾管、高速时采用粗而短的尾管。3．消声器性能的计算模拟分析－一维的计算分析与优化（1）消声器消声量的数学模型将消声器简化为若干消声单元的组合，对每个单元建立质量、动量、能量守恒方程，从消声器出口消声单元开始，逐个求解各个方程（取尾管出口粗入射声压幅值为1），就可以求得包括入口和出口声压在内得整个消声器内部得声压分布，有了声压分布就可以求出消声器得消声量。用到得基本理论：流体力学、声学、传热学等。类型：a、突然扩张管b、突然收缩管c、具有内插管突然收缩管简单式复杂式d、具有内插管突然扩张管(2)插入损失得数学模型目前已有得基本类型（a）、等截面直管的四极子参数（传递矩阵）(b)、突然收缩管(c)、突然扩张管(d)、具有内插管突然收缩管(e)、具有内插管突然扩张管(f)、穿孔板(3)压力损失的预测(4)、基于一维计算的消声器的优化设计4．消声器性能的有限元计算模拟分析－三维的计算分析5．SYSNOISE振动与噪声分析软件在消声器设计分析中的应用6.排气系统的结构强度振动控制一般来讲，排气系统的结构强度和振动测试是通过道路实验来检测。目前发展到利用有限元方法。振动问题——强度问题（吊耳和焊接部分的开裂）激励源：汽车动力总成的移动；路面的激励；发动机的激励1）.系统模型整车的模型和排气系统的模型2).载荷(1).动力总成的移动：汽车制动和转弯时，排气系统会产生位移。此时应该分析排气系统的静态强度（线性静态有限元分析）。(2).道路的激励（路谱的信号）(3).发动机的振动（正弦位移激励）3).设计标准(1).材料的设计准则(2).焊接件的许用应力4).模型的验证固有频率和振性5).计算结果(1).路谱载荷(2).发动机振动载荷(3).动力总成位移载荷6).优化(1).为了减少焊接区域的应力，采用新的结构。(2).新结构的分析将第五阶频率提高（62.3Hz—70Hz），在发动机的激励下，进气管和支架的应力见下图、在其它的载荷工况下，应力均在许用应力的范围内。改进前改进后发动机激励下，支架改进前后的应力分布7).结论减少因受到发动机的激励而产生排气系统振动过大的方法一是改变橡胶的刚度和悬挂的位置，这种方法复杂并且需要对生产工艺进行较大的改变。另外一种是在发动机和排气管的进气管之间采用波纹管进行连接，以降低排气系统的振动频率。原始结构排气系统的前四阶频率排气系统改进以后的频率