汽車排氣系統噪音與振動的控制

張科

摘要：隨著社會經濟的不斷發展，汽車已成為每家每戶必備的交通出行工具。而汽車使用時的噪音與振動一定程度上影響了用戶的使用體驗，對此，我們主要進行了汽車排氣系統所引起的振動與噪音的研究，并針對所得到的結論采取了相對的規避措施。

關鍵詞：汽車排氣系統；噪音源；振動源；分析與控制

中圖分類號：U472.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-9129（2018）07-0071-01

Abstract： with the continuous development of the social economy， the automobile has become a necessary transportation vehicle for every household. And noise and vibration when the car using a certain extent， affect the use of the user experience， to this， we mainly has carried on the vibration and noise caused by automobile exhaust system research， and get the conclusion for the relative to circumvent measures were taken.

Key words： automobile exhaust system； A noise； Vibration source； Analysis and control

引言：

在某新品汽車“CK-1”剛被推出來時，顧客普遍反映該汽車在駕駛過程中存在明顯的振動噪聲。經研究人員的檢查測試，發現：干擾汽車駕駛員的耳邊噪聲已達到了54dB，而市場上同車型汽車所產生的振動噪聲為43dB，有少數可達到40dB以下。為此，專業人員對此進行了檢測，得到結論：汽車的NVH狀況受發動機、排氣系統振動的影響，與汽車本身的結構也有一定關系，對此原因一一排查，得到排氣系統所產生的振動噪聲是主要的振動源。故解決此問題，首先要對排氣系統分析和完善。

1 排氣系統

汽車的排氣系統是指從汽車發動機的排氣歧管到尾管之間各個零部件的組合連接。排氣系統的主要功能是進行廢氣的處理以及噪聲的減弱。通過分析得到的汽車排氣系統對車輛NVH的影響應分為兩部分：一是排氣系統所產生的振動通過吊掛傳到駕駛室內，二是通過空氣傳播傳入駕駛室。對這兩種情況進行分開的分析處理。

2 排氣系統的噪聲源與振動源

2.1排氣系統的噪聲源

由分析得：排氣系統所產生的振動是主要的噪聲源。排氣系統的噪聲源分為好幾大類：空氣噪聲、沖擊噪聲、輻射噪聲和氣流摩擦噪聲。

2.1.1空氣噪聲是發動機運行過程中由于所形成的壓力波在排氣通道內傳播時產生的。空氣噪聲主要受排氣管道直徑的影響，當氣流一定時，直徑越大，所形成的空氣噪聲相對就不明顯。故它的大小主要受排氣系統的結構的影響。

2.1.2沖擊噪聲是由于排氣管道中不穩定氣流對管道壁產生強烈沖擊所產生的。例如當排氣管道壁很窄、管道的彎曲程度很小時，當氣流通過，會產生很大的沖擊性，產生“砰”的沖擊聲。即，管道的通路突然彎曲改變或者管道橫截面積突然變化，是沖擊噪聲的主要來源。所以，設計管道結構時，管道弧度的漸進性改變是減弱沖擊噪聲的主要途徑。

2.1.3輻射噪聲是由于機械振動激勵或者受內部流體壓力而引起排氣管道內部各消聲元件振動，通過聲音輻射出去。輻射噪聲又主要分以下三個方面：

第一：機械振動。發動機啟動及運行的整個過程中，車體的振動會傳到排氣系統，引起排氣系統內部各管道、各元件的直接振動，進而產生噪音。

第二：不穩定氣流。當管道中的氣流速度很高時，在管道的彎曲部位很容易產生紊流。雜亂的紊流劇烈地沖擊管道內各元件外部的薄板，產生輻射噪聲。由此產生的輻射噪聲主要與管道及各元件的幾何尺寸，結構材質剛度等相關。解決此種噪聲可通過兩方面處理：一是改變結構特征。如加阻尼處理，采用雙層板層。二是減少流體聲波的干擾。

第三：穩定的空氣氣流。在車體運動的過程中，穩定的空氣氣流對管道會產生穩定的脈沖力，由此產生相對穩定的輻射噪聲。

2.1.4氣流摩擦噪聲是指流動速度很高的氣流在排氣管道尾管處噴出時，所產生的巨大的噪聲。可通過添加吸聲材料，加大管道橫截面積等方法達到降低噪聲的目的。

2.2排氣系統的振動源

發動機的振動有四個來源：發動機的機械振動，發動機的氣源沖擊，聲波激勵，車體振動。

2.2.1發動機的機械振動：發動機是直接與排氣系統相連的，所以振動是直接影響的。

2.2.2發動機的氣源沖擊：高速氣流直接通過氣缸排出后直接到達排氣系統的歧管處，引起排氣系統的振動。也易形成紊流，引起振動。

2.2.3聲波激勵：聲波在管道傳輸過程中，對各元件管道壁的沖擊所產生的振動。

3 控制排氣系統噪聲振動的方法

3.1降低排氣系統噪聲源的方法

根據上述的原理及影響因素，汽車“CK-1”排氣系統進行了以下改進。

3.1.1增大消生器的容積，改變其對應結構。

后消聲器相比原消聲器將跑道型改變為旋壓圓形，并加長了長度，實現了容積的增大，與理論“總消聲器的容積應超出發動機排量的10倍”相符合，同時采用了吸聲材料，并將其單層外殼改換為雙層外殼，消聲作用改善明顯。

3.1.2改變尾管長度及形狀。

尾管噪聲主要是由空氣噪聲和氣流摩擦噪聲產生的。改進之前的汽車尾管是向下的，改進后使它朝向后下方，并縮短尾管的長度，經多次試驗操作，噪聲明顯改善。

3.2降低排氣系統振動源的方法

我們對排氣系統進行了模態分析，將排氣系統分成了39個點。采用單點激勵多點響應的模態實驗方法，分析數據最終得到排氣系統與發動機排氣歧管連接安裝面的各階模態的動剛度都很差，為此，我們采取了以下技術措施。

3.2.1實現發動機振動與車體隔離

在三元催化劑前面加了軟波紋管，且軟波紋管的長度要進可能的長些，使發動機的傳遞得到了衰減。

4 結語：

通過研究該型汽車出現高噪音的問題，并對此進行分析與改進，使噪音下降到了43dB，滿足了國內同類型汽車的要求。同時，通過進行這項研究，分析影響排氣系統的各個因素，為今后工作積累了寶貴的經驗。

參考文獻：

[1]智淑亞，黃星星.汽車排氣系統頻率有限元分析及優化設計[J].機械設計與制造，2012（10）：59-61.