文档介绍：内燃机排气消声器设计分析技术发展
插入损失: 声压级之差
传递损失:入口的入射声能与出口的透射声能的比值
消声量:消声器入口的声压与出口的透射声压之比
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
-经验
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)
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。
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。
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:4
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。
各腔连接方式的确定
用小孔或者插入管相连。实验+经验。
空腔内吸声材料的应用
增加高频的吸声效果。
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。
-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
-三维的计算分析
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