某四缸发动机消声器优化设计.docx

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某四缸发动机消声器优化设计

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某四缸发动机消声器优化设计

前言

随着外资企业的不断进驻国内市场，自主品牌技术的提升以及市场的不断细分，汽车市场竞争日益激烈，车企不能仅仅依靠价格战来实现自我的发展；同时，随着消费者的消费意识不断增强，对产品的品质提出了更高的要求，促使我们必须从技术角度不断提升产品品质。在购买和使用汽车特别是乘用车时，噪声是顾客关注的一项重要的指标。其中，汽车排气噪声的优化对于提高汽车噪声满意度具有重要意义。

排气消声器是作用于发动机的燃烧废气，有效降低排气噪声的一种汽车零部件；同时，在一些特殊车型上，通过不断的优化调试，以满足购买者的排气音质需求。消声器的选用需要根据匹配发动机的排量、功率等参数确定，其降噪效果还跟发动机的燃烧参数有密切的关系。

文章通过对噪声频谱进行分析，根据振动噪声理论知识，确定优化方向。同时，利用GT-power建模与实验验证相结合，有效的完成噪声优化设计。

1优化背景

某车型，搭载直列四缸汽油发动机，通过研究标杆竞品车型的NVH特性，在设计之初，建立了一套排气系统相关的性能指标（见图1），作为其设计输入和验证指标。再结合前期的消声器开发经验，设计了一套较为合理的基础模型。

经实车测试发现，排气尾管噪声相对前期设定的性能指标有一定的差距，不满足设计要求，存在一定的优化空间。因此，在不变动排气系统外模型的情况下，需要针对消声器内部结构进行一定的优化。

2数据分析

为了更好的研究和分析噪声问题点并找出正确的优化方向，分别完成了排气口怠速定置噪声和整车3档全油门加速噪声测试。整车搭载的发动机为直列四缸汽油发动机，分别对2、4及6阶次噪声进行了解析，从而可以很直接的了解到各阶次噪声对总声压噪声的贡献量。

整车怠速噪声60.07dB（A），相对目标值57dB（A）高3dB；从3档全油门噪声总声压曲线来看（图3-（a）），1200-3500rpm下声压级较高，超出目标曲线，但无明显峰值；低速下4阶噪声贡献较大，在1200-2200rpm下，4阶噪声超出目标曲线，波动较大，在1400rpm左右达到峰值：4阶120Hz；中高速情况下2阶噪声对整体贡献较大，在2000-3500rpm下明显超出目标曲线，在3000rpm左右达到峰值：2阶120Hz；由以上分析可以看出，2阶次低频噪音是噪声总声压超出目标曲线的主要原因，下一步需要针对其进行优化。

3优化设计

由上述数据分析发现，60Hz-150Hz频段噪声是造成噪声不达标的主要原因。基于此结论优化主消声器结构。

吸音材料作用与高频噪声，效果较好，频率范围在一般为500Hz以上；扩张腔的长径影响抗性消声器的消声频率特性，长径比越大，低频性能越好，同时插入管的插入长度也决定消声器的消声频率特性[1]。基于上述理论，对原始主消结构做出如下调整：此四缸发动机高频噪声并没有太大的波峰，考虑空间布置及成本等，去除吸音材料的设计；基于点1的空间调整，增大部分扩张腔的长径比（截面积不变）；增加插入管的插入长度，原设计为20mm，优化后为30mm；减小部分多孔管孔的分布密度，增大扩张比，降低其消音频率；调整内插管布局，增加气流行程，提高消声量。

通过上述几点优化思路，得出了下图4所示的优化后的主消。

图4优化前后主消结构图

将优化后的主消替换到排气系统中，并应用GT-power建模[2]，建立如图5所示的分析模型，其中发动机模型为实际搭载的四缸发动机的GT-power模型。

运算后得出的分析数据见图6，与优化前的消声器分析数据对比可得出以下结论：优化后总声压低于目标曲线，，二阶噪声基本无峰值，相比于优化前，3000rpm左右二阶噪声有明显的改善，同时其他阶次也有不同程度的降低和变化，整体效果较好，理论上达到了优化的目标。

4优化验证

针对优化后的主消进行效果验证。测试排气口怠速定置噪声和整车3档全油门加速噪声（因试验场地限制等原因，实际测量转速上限4300rpm）。得出的对比数据如表1、图7、图8所示：

表1怠速噪声

5结束语

优化后，怠速噪声降低3.69dB（A），低于目标值。同时，由低频段引起的中低转速下噪声偏大等问题也得到了有效的解决。优化后，总体噪声曲线整体低于目标曲线。优化效果明显。

对于由于部分频段噪声超差产生或出现峰值所引起的噪声问题，可以通过调整消声器内隔板的布置、内插管的插入长度以及扩张比等方式调整消音的频段予以优化，其它例如调整内插管布置增加气流行程等方式也可以有效的增加消声器的总的传递损失；同时阻抗式消声器可以作为消声器设计和优化的方向。对于以上消声器结构与消音特性的理论关系，可以利用GT-power针