李伟艳

【摘 要】在验证了发动机工作模型和消声器性能分析模型正确性的基础上，运用仿真模拟技术，对原消声器进行了改进设计，在保持压力损失变化不大的前提下，降低尾管噪声值，提高插入损失，进一步改善其消声性能。

【关键词】

一、消声器改进模型

由分析可知，相对于中低频的消声量，其高频消声效果相对较差，可以通过改进副消声器的有效吸声长度来增加高频的消声量，同时适当的减小穿孔的孔径，但要避免过大减少孔径而使得气流再生噪声增大；对主消声器内插管上的穿孔做局部调整，在保持穿孔孔径不变的情况下，减小穿孔率，但增加有效穿孔长度[45]。保持消声器外形和体积不变，将消声器改为三腔，通过隔板穿孔以及内插管穿孔来提高整个宽频范围内的消声效果，同时该措施对发动机性能影响不大，可避免压力损失的过分增大。消声器的改进模型如图1-1所示。

保持消声器体积不变（20.5L），进出口管直径均为55mm；在两个内插管上各增加一段穿孔管，穿孔管长度均为60 mm，进出口管的孔径为3mm；隔板穿孔孔径为3mm。图5-2为改进消声器的离散化模型。

排气消声器采用扩张室的较多，但单级扩张室式消声器难以满足发动机排气消声量要求，因此多数采用多级扩张串接形式，实践证明，级数越多，消声量越大，并且对高频部分的消声效果越显著。然而当级数超过3级时，每增加一级，消声量增加并不显著。而级数越多时，排气背压越大，造成的功率损失就越大且结构越复杂。因此，级数以2～4级为宜。本消声器改进设计为3级。

所改进设计的消声器实体结构如下图所示：

二、改进消声器与原型消声器对比

（一）尾管噪声值对比

将改进的消声器模型与发动机模型进行耦合，并与之前的消声器模型进行比较，如图5-3所示。从图中可以看出，改进后中高转速时尾管噪声值有一定的降低，在5000r/min时降低量达到5dB（A），且低转速时，消音量几乎保持不变。

（二）插入损失对比

将改进的消声器模型与插入损失仿真模型进行耦合计算，得到改进消声器的插入损失，与原型消声器进行对比，如图5-4所示。改进前后的空管时尾管噪声值是一样的，因此改进前后插入损失的对比也就是改进前后带消声器时尾管噪声值的对比。从图中可以看出，改进后插入损失在中高转速下有明显的提高，在5000r/min时插入损失提高4dB（A），中低转速变化不大，不超过1dB（A）。

（三）压力损失对比

将改进的消声器模型与压力损失仿真模型进行耦合计算，得到改进消声器的压力损失，与原消声器进行对比，如图5-5所示。从压力损失对比图中看改进消声器的压力损失与原消声器变化不大，在转速为5500r/min时，压力损失仅增加2kPa，对发动机功率影响较小[44-45]。相对于消声性能的提高，改进消声器的压力损失的略微增大可以接受。因此，改进方案在保证压力损失满足设计要求的前提下使插入损失更大，较好的满足了消声器高转速下的消声量指标。

三、小结

本文通过分析原消声器基于转速的插入损失来了解其消声特性，发现该款消声器在中高速范围内的消声效果相对较差，从而确立增加中高速的消声性能为此次改进的主要目标。

考虑到压力损失和保持原消声器容积不变，采取内插管穿孔和隔板穿孔的改进措施。计算改进后的消声器的尾管噪声值、插入损失和压力损失，并与原消声器进行对比，发现在中高频率段上消声效果有了明显提高。并对比改进前后消声器的压力损失进行了对比，发现改进后的消声器压力损失略微增大，综合考虑消声效果和压力损失，此次改进是十分有效的，基本达到了预期改进目标。

参考文献：

[1]黎志勤，黎苏. 汽车排气系统噪声与消声器设计[M] . 北京：中国环境科学出版社，1991.

[2]宋家秋.消声器设计原理：[硕士学位论文].山东：山东工业大学，1999