基于 GT-power 的汽车排气消声器设计研究

基于GT-power 的汽车排气消声器设计研究

宋艳冗 谭建伟 葛蕴珊

（北京理工大学机械与车辆工程学院，北京，100081）

摘要：本文在单独消声器声学性能计算的基础上，考虑了发动机排气系统中气体的非定常流动，利用GT-power 软件建立了排气消声器和发动机的耦合仿真模型，利用这种方法进行了某轿车的排气消声器改进设计，在设计过程中还根据《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》，模拟了汽车加速行驶通过测量区域时的排气噪声，以使设计工况更加符合实际的测试工况。实验证明这种设计方法能够充分考虑消声器的实际工作状态，能更有效的应用于排气消声器设计。 关键词：消声器，发动机，加速行驶

Abstract ： Based on the calculation of muffler’s acoustic performance, the coupled model of engine and muffler is established by using the GT-power, in which inconstant flow of the gas from exhaust system is considered. And improved design of the exhaust muffler of a car is implemented by using this simulation method. At the same time, To be consistent with the case of measurement, the pass-by noise is calculated when the car moves through the measurement area according to the Limits and Measurement Methods for Noise Emitted by Accelerating Motor Vehicles. The test results testify that the method is able to consider the real working state of muffler. It can be used in muffler design perfectly. Key word ：muffler; engine; accelerate

引言

随着汽车工业的迅速发展，汽车噪声控制法规也越来越严格[1]。发动机排气噪声是汽车的主要噪声源，采用结构合理的排气消声器是降低整车车外噪声最有效、最简单的途径。传统的消声器设计往往独立于发动机工作过程，无法考虑发动机排气气流对消声器的影响，使消声器的实际消声效果与设计预测结果有很大差距。为了更加确切地模拟消声器的工作状态，有必要对消声器和发动机进排气系统进行耦合研究。

本文利用GT-power 软件建立某轿车用汽油机和排气系统的联合模型，把发动机的排气参数作为消声器入口的边界条件，使消声器的模拟计算条件更加接近于实际的工作状态。实践证明，这是排气消声器设计的理想方法。

1

传递损失计算和消声器设计

图1 消声器模型

图2 传递损失比较

为了验证GT-power 软件用于消声器声学性能计算的准确性，本文首先利用该软件的muffler 模块建

立消声器模型如图1所示，假设消声器内没有气体流动，计算得到消声器的传递损失，并与实验结果进行比较，结果表示在图2中。

根据图2结果可以看出，在消声器内部没有气体流动的情况下，在所计算的频率范围内，计算所得的传递损失曲线与实验结果基本一致。

本文建立了某轿车用消声器的模型（如图3），利用GT-power软件进行仿真计算，并对该消声器进行改进设计，以使该轿车车外加速噪声能够满足国家噪声法规的要求。消声器内部没有气体流动时的传递损失的计算结果表示在图4中。

图3 某轿车用消声器模型图4 原轿车用消声器传递损失曲线

根据图4的传递损失计算结果：消声器在低频段和低中频段的传递损失较小，而发动机噪声又主要集中在低中频段，使得加入消声器后发动机的低频和低中频噪声仍会较高。为了有效地降低发动机排气噪声，进而降低整车车外噪声，在不改变消声器整体结构的前提下，提出如下改进方案：增大消声器穿孔管的穿孔率[2]，由原来的13%改为17%。

利用GT-power软件的muffler模块建立改进方案消声器模型，计算了消声器的传递损失，并与原消声器传递损失作了比较，结果表示在图5中。

图5 两种结构消声器传递损失比较

由图5可以看出，改进方案消声器声学性能在低、中频段有了明显的改善。

2消声器与发动机的耦合研究

以上改进设计是在假设消声器内部没有气体流动的条件下进行的，但在实际发动机排气系统中，消声器内部是存在气体流动的，而且由于发动机安装在车辆中运行工况复杂，使得消声器内部气体流动为非定常流动，仅靠在单独消声器模型中定义气体流动速度的办法并不能准确描述消声器的工作状态，鉴于以上原因，本为开展了消声器与发动机的耦合研究。

首先，利用GT-power 软件建立了某轿车用4缸发动机及原车用消声器联合模型如图6，为了检验该模型用于计算的有效性，计算了发动机的功率和燃油消耗率的速度特性曲线，并于实验数据进行了比较，比较结果表示在图7a 、图7b 中。

图6 发动机与消声器联合模型

图7a 发动机功率的速度特性比较 图7b 发动机燃油消耗率的速度特性比较

由图7a 、图7b 可以看出发动机的扭矩及燃油消耗率速度特性曲线一致性良好，误差在3%以内。利

用上述模型分别计算发动机安装原消声器及改进方案消声器时发动机额定工况的排气噪声，结果表示在图8中。

图8 安装两种结构消声器时发动机排气噪声比较

由图8的发动机排气噪声频谱曲线可以看到，安装改进结构消声器时，发动机的排气噪声有所降低低。从输出总声压级数据也可以得到，安装改进方案消声器时，在与发动机排气管成45o角方向上，距排气口0.5m处，发动机额定工况下的排气噪声由原来的78.8dBA降低到77.7dBA，改进方案的消声效果优于原消声器。

3汽车加速行驶排气噪声模拟

前面在发动机稳定转速下，对消声器与发动机进行了耦合计算，并在microphone与排气口相对位置固定的条件下，对两种结构消声器的声学性能作了比较，得出改进方案消声器结构优于原消声器的结论。而根据GB1495-2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》中的规定，汽车噪声限值是根据汽车加速通过如图9所示的测量区域时的车外噪声来进行限制的。测量过程中，汽车与声级计的相对位置时刻都在发生变化，影响噪声的测量结果，而且在加速过程下，发动机噪声特性也会发生变化。

图9测量区域及传声器的布置

图9中，AA/线为加速始端线，BB/为加速终端线，汽车沿行驶中心线行驶，传声器布置在离地面高1.2m±0.02m，距行驶中心线7.5m±0.05m处。

图10 汽车加速行驶排气噪声仿真模型

鉴于上述原因，为了确定改进方案消声器结构是否能够使该轿车达到噪声法规要求，本文加入了

vehicle模块，这样可以很好的仿真轿车加速行驶通过测量区域的过程，通过这种方法，本文模拟计算了汽车加速行驶通过测量区域时行驶到若干位置的汽车排气噪声。在GT-power中建立汽车加速行驶时的发动机排气噪声仿真模型，其中包括车辆、发动机、消声器等部件，模型如图10。

由实验经验可知，车辆加速行驶通过测量区域时，最大噪声应产生在距传声器最近的加速段中心位置附近，即距加速行驶始端线距离为10m左右处。

在上述汽车加速行驶排气噪声仿真模型中，microphone的位置为0，汽车的初始位置为-10m，向microphone方向行驶，本文分别模拟了轿车加速行驶距离为8.16m、8.84m、9.52m、10.20m、10.89m、11.56m、12.25m的七点处的汽车排气噪声，结果表示在图11中。

图11 汽车加速行驶通过测量区域过程中的排气噪声模拟计算结果

由图可知，汽车行驶距离为9.52m（即距声级计0.48m处）时排气噪声最大，噪声值为69.9553dB(A)。此时的噪声频谱如图12。

图12 噪声最大处的频谱曲线

为了进一步检验改进消声器结构的合理性，根据汽车最大噪声级的确定方法，分别进行安装原消声器和改进消声器的加速行驶车外噪声的测量，得到试验数据比较在表1中。

表1不同方案的汽车加速行驶车外噪声的试验测量值

方案 车外噪声值dB(A)

安装原车消声器 76.5

安装改进后的消声器72.4

由实验数据可知，安装改进方案消声器时，该轿车的汽车加速行驶车外噪声小于74dB(A)，能够满足噪声法规的要求。

4结论

1)GT-power软件用于噪声分析具有全面、灵活的特点，既可以单独计算消声器的声学性能，

又可以模拟发动机的稳态和瞬态工况，实现发动机与消声器、车辆的耦合计算，这对实现与汽车加速行驶车外噪声测量工况相匹配的消声器设计具有非常重要的意义。

2)本文利用GT-power软件计算单独消声器的声学性能，针对某轿车消声器提出了一种改进

方案；

3)将发动机作为消声器的声源，提出了一种将发动机与排气消声器联合建模的设计方法，利

用GT-power软件建立了发动机和排气系统的联合模型，这种方法能综合考虑消声器对消声量和发动机性能的影响；

4)根据《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》国家标准规定的实验过程，模拟了汽车加

速行驶时的排气噪声，并以此作为消声器的设计依据。这种方法突破了以往消声器的设计往往局限于稳态过程的理论；

5)经实验证明：采用本文方法设计的排气消声器的声学性能达到了设计要求。

参考文献

1.国家环境保护总局，汽车加速行驶车外噪声限制及测量方法，GB1495- 2002 .

2.马大猷. 噪声与振动控制工程手册. 北京：机械工业出版社，2002

QCC JT003-2008 汽车排气消声器技术条件

Q/CC 汽车排气消声器技术条件 Automotive exhaust muffler technology specification xx汽车股份有限公司发布

目次 前言................................................................................. II 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语 (1) 4 技术要求 (2) 5 试验方法 (3) 6 检验规则 (6) 7 标志、包装、运输、贮存、质量保证 (7)

前言 本标准是对Q/CC JT003—2006《汽车排气消声器技术条件》的修订。 本标准修订过程中主要参考了QC/T 631-1999 《汽车排气消声器性能技术条件》和QC/T 630-1999 《汽车排气消声器性能试验方法》这两个行业标准，同时也参考了日本等主要汽车生产国的最新相关标准制定的。 本标准与Q/CC JT003—2006相比，主要变化如下： ----删除了“4 技术要求”中的抗回火性能、防火要求等项； ----删除了“4 技术要求”中的加速行驶试验； ----增加了“5 试验方法”中详细的试验步骤； ----增加了“5 试验方法”中有关填充纤维材料的消声系统或部件的附加技术条件； ----增加了“8 质量保证”。 本标准自实施之日起，代替Q/CC JT003—2006。 本标准的附录A是资料性附录。 本标准由xx汽车股份有限公司技术研究院提出。 本标准由xx汽车股份有限公司技术研究院标准化科归口。 本标准起草单位：xx汽车股份有限公司技术研究院开发中心、K平台部。 本标准主要起草人：曾雷、马立辉。

排气系统消声器设计技术规范标准

排气消声系统设计技术规范 目录 一、主题与适用范围 1、主题 2 、适用范围 二、排气消声系统的总称说明及功用 三、设计应用 1 、设计规则和输入 2 、设计参数的设定 2.1 尺寸及重量 2.2 排气背压 2.3 功率损失比

2.4 净化效率 2.5 加速行驶车外噪声 2.6 插入损失及传递函数 2.6.1 插入损失 2.6.2 传递函数 2.7 尾管噪声 2.8 定置噪声 2.9 振动 3 、系统及零部件的设计

3.1 系统布置 3.1.1 布置原则 3.1.2 间隙要求 3.1.3 吊钩位置的选取 3.1.4 氧传感器孔的布置 3.2 消声器的容积确定 3.3 排气管径的选取 3.4 消声器 3.4.1 消声器的截面形状 3.4.2 消声器内部结构 3.5 补偿器 3.5.1 波纹管 3.5.2 球形连接 3.6 橡胶吊环 3.7 隔热部件 3.8 材料选择 3.8.1 排气管、消声器内组件 3.8.2 消声器外壳体四、参考文献列表

一、主题与适用范围 1、主题: 本指南规定了与汽车发动机相匹配的排气消声系统的系统匹配，零部件设计。 2、适用范围: 本指南适用于装汽油M1 、N1 类车的排气消声系统设计。 二、排气消声系统的总成说明及功用 排气系统包括排气歧管、排气管、排气净化装置、排气消声装置、隔热部件、弹性吊块等。一般地，排气系统具有以下一些功用： (1) 引导发动机排气，使各缸废气顺畅的排出； (2) 由于排气门的开闭与活塞往复运动的影响，排气气流呈脉动形式，排气门打开时存在一定的压力，具有一定的能量，气体排出时会产生强烈的排气噪声，气体和声波在管道中摩擦也会产生噪声,因此在排气系统装有排气消声器来降低

车辆排气系统设计规范

车辆排气系统设计规范

车辆排气系统设计规范 1、目的 随着环保法规对车辆排放的要求越来越高，排气系统在车辆的系统组成和系统设计中，越来越占有重要的地位。为使排气系统满足各阶段国家及地方法规的要求，提高对排气系统的设计和制造质量水平，需对车辆的排气系统的设计提出较规范的要求，以便在设计和制造过程中，参照执行。 2、设计规范 2.1 排气系统及消声器的设计输入 2.1.1 车辆产品的排气系统的配置和走向，依所配车辆的总体结构布置的需要来设计。而消声器的性能开发则需要依所配发动机及其对排气系统的具体要求。在初步设计选型时，应将发动机的有关性能参数及其上的关键件的基准要素等（如曲轴箱后端面与曲轴主轴线的交点坐标、动力线偏移量及倾角等），作为设计条件输入设计，作为消声器选型及性能开发的依据之一。并根据国家、地方及企业有关法规和标准的要求，对系统和消声器的性能设计目标提出要求，见附录1。 2.1.2 排气系统及其消声器在进行初步选型设计时，必须对系统进行结构方案分析和匹配计算分析，并提供选型设计分析报告，见附录2。 2.2 设计原则 2.2.1 排气系统及其消声器的设计，应使排气阻力尽可能的小，以使其对发动机的功率损失尽可能小。 2.2.2 排气系统及其消声器要有较好的音质和较低的音强，即应有较大的插入损失。 2.2.3 排气系统及其消声器要有较好的外观和内在质量及较长的使用寿命。 2.3 排气系统的设计要求和布置 2.3.1 排气管内径的确定在结构布置允许的情况下，排气管内径应尽可能大些，以降低管道内得气流速度，减少气流阻力产生的功率损失和再生噪声。一般应≥发动机排气歧管出口内径。或根据发动机排量等参数，按公式(1) 计算初步确定排气管内径。 D=2 √Q/(πV) (1) 式中：Q—发动机排量；V—气流速度，一般取50~60 m/s 。 2.3.2 排气管的布置和转弯，应使排气尽可能顺畅。管的中心转弯半径一般应≥（1.5~2）D，其折弯成型角应大于90o，以大于120o为宜。整个系统的管道转弯数应尽可能少，一 １

排气消声器

消声器的设计制造技术 本文论述了微穿孔板声学结构的机理特点及其在吸声、消声及隔声领域的应用，并提供了本安百利辅机厂消声器的产品设计性能、规格以及制造工艺技术，可供专业人员参考。 【关键词】微穿孔板 吸声 消声 喷阻 岩棉 一、 前言 著名的声学专家、科学院院士马大猷教授一九七五年在《中国科学》上发表了独创的《微穿孔板吸声结构的理论和设计》论文。二十多年来，根据马先生的理论，微穿孔板结构得到了迅速发展，并在各个领域广泛应用。我安百利电力辅机厂是把马先生的理论应用于实践的单位之一，生产制造了各种规格的不同类型的消声器，并将小孔喷注和微穿孔板吸声结构成功结合于抗阻型消声器中,并采用不锈钢制造,使消声器不怕水，耐温防火，清洁，无污染，可耐高温，耐腐蚀，能承受高连气流冲击。经过上百家电厂及大型锅炉排汽使用后,在吸声降噪方面已经得到实践经验。被列为重要环保降噪工程单位。 本文重点介绍微穿孔板消声器的设计制造技术,同时概述微穿孔板的加工制造技术。小孔喷注消声器的设计制造请看下一篇 二、 微穿孔板吸声结构： 在板厚小于1.0毫米的薄板上穿以孔径小于1.0毫米的微孔，穿孔率在1～5%之间，后部留有一定的厚度（5～20cm）的空气层，空腔内不填任何吸声材料，这样即构成了微穿孔板吸声结构。常用单层或双层微穿孔板结构形式。微穿孔板吸声结构是一种低声质量、高声阻的共振吸声结构，其性能介于多孔吸声材料和共振吸声结构之间，其吸声频带宽度可优于常规的穿孔板共振吸声结构。研究表明，表征微穿孔板吸声特性的吸声系数和频带宽度，主要由微穿孔板结构的声质量m和声阻r来决定，而这两个因素又与微孔直径d及穿孔率p有关。微穿孔板吸声结构的相对声阻抗Z（以空气的特性阻抗ρC为单位）用式（1）计算： z=r+jwm=jctg(WD/C) （1） 式中： ρ -- 空气密度（公斤/厘米3）； C -- 空气中声速（米/秒）； D -- 腔深（穿孔板与后壁的距离）（毫米）； m -- 相对声质量； r -- 相对声阻； w -- 角频率，W=2πf(f为频率)； 而r和m分别由式（2）（3）表达： r=atkr/dzp （2） m=(0.294)×10-3tkm/p （3） 式中： t-- 板厚（毫米） d-- 孔径（毫米） p-- 穿孔率（%） kr-- 声阻系数 kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8×d/t km--声质量系数 km=1+(1+(1/(9+(x2/2))))+0.85d/t 其中x=ab f，a和b为常数，对于绝热板a=0.147,b=0.32对于导热板a=0.235，b=0.21。声吸收的角频带宽度，近似地由r/m决定，此值越大，吸声的频带越宽。 r/m=(l/d2)×(kr/km) (4) 式中 l-- 常数，对于金属板l=1140,而隔热板l=500。 上式也可以用式（5）表达 r/m=50f((kr/km)/x2) (5) 而kr/km的近似计算式为 kr/km=0.5＋0.1x＋0.005x2 (6) 利用以上各式就可以从要求的r、m 、f求出微穿孔板吸声结构的x、d、t、p等参量。由于微穿孔板的孔径很小且稀，基声阻r值比普通穿孔板大得多，而声质量m又很小，故吸声频带比普通穿孔板共振吸声结构大得多，一般性能较好的单层或双层微穿孔板吸声结构的吸声频带宽度可以达到6～10个1/3信频程以上。这就是微穿孔板吸声结构最大的特点。

排气系统设计开发指南

1.1 主题 本指南制订了与汽车发动机相匹配的消声排气系统的开发流程及设计指南； 1.2 适用范围 本指南适用于汽车消声排气系统的设计开发

2. 参考标准和相关文件 QC/T 631—1999 汽车排气消声器技术条件 QC/T 630—1999 汽车排气消声器性能试验方法 QC/T 58—1993 汽车加速行驶车外噪声测量方法 QC/T 10125—1997 人造气氛腐蚀试验盐雾试验 3.定义 3.1 排气消声器 排气消声器是具有吸声衬里或特殊形式的气流管道，可有效的降低气流噪声的装置。 3.2 插入损失 消声器的插入损失为装消声器前后，通过排气口辐射的声功率级之差。 3.3 排气背压 按QC/T524设置排气背压测量点，当分别带消声器和带空管时，测点处的相对压力值之差。 3.4 功率损失比 消声器的功率损失比是指发动机在标定的工况下，使用消声器前后的功率差值和没有使用消声器时功率的百分比。 4.开发流程及设计指南 4.1 接受产品开发任务并做好开发前的准备工作 开发之初，需要了解如下信息，作为设计输入： 1、发动机的排量、额定功率、额定扭矩等相关参数； 2、整车底盘走向，空间布局； 3、发动机对排气背压、功率损失比的要求； 4、噪声标准的制定； （1）、插入损失大于35dB； （2）、整车车外加速噪声小于74 dB； 4.2 方案设计 1、消声器的容量设计计算 消声器的容量关系到发动机的功率和扭矩，因此容量的设计将决定整车的动力性。一般地，消声器的容量有如下的计算公式： Ｖm＝k×P Ｖm＝消声器的容量（L） K＝0.14 P＝输出功率(Ps) 2、消声器的位置确定

排气系统设计开发指南

汽车有限公司 . 01 页次：1/7 版次：

1. 主题与适用范围 1.1 主题 本指南制订了与汽车发动机相匹配的消声排气系统的开发流程及设计指南； 1.2 适用范围 本指南适用于汽车消声排气系统的设计开发 2. 参考标准和相关文件 QC/T 631—1999 汽车排气消声器技术条件 QC/T 630—1999 汽车排气消声器性能试验方法 QC/T 58—1993 汽车加速行驶车外噪声测量方法 QC/T 10125—1997人造气氛腐蚀试验盐雾试验 3.定义 3.1 排气消声器 排气消声器是具有吸声衬里或特殊形式的气流管道，可有效的降低气流噪声的装置。 3.2 插入损失 消声器的插入损失为装消声器前后，通过排气口辐射的声功率级之差。 3.3 排气背压 按QC/T524设置排气背压测量点，当分别带消声器和带空管时，测点处的相对压力值之差。 3.4 功率损失比 消声器的功率损失比是指发动机在标定的工况下，使用消声器前后的功率差值和没有使用消声器时功率的百分比。 4.开发流程及设计指南 4.1 接受产品开发任务并做好开发前的准备工作 开发之初，需要了解如下信息，作为设计输入： 1、发动机的排量、额定功率、额定扭矩等相关参数； 2、整车底盘走向，空间布局； 3、发动机对排气背压、功率损失比的要求； 4、噪声标准的制定； （1）、插入损失大于35dB； （2）、整车车外加速噪声小于74 dB；

4.2 方案设计 1、消声器的容量设计计算 消声器的容量关系到发动机的功率和扭矩，因此容量的设计将决定整车的动力性。一般地，消声器的容量有如下的计算公式： Ｖm＝k×P Ｖm＝消声器的容量（L） K＝0.14 P＝输出功率(Ps) 2、消声器的位置确定

消音器设计计算书

消音器设计计算书 由于我国目前对消音器的设计，还没有统一的标准规范可以遵照执行，大多数厂家均根据自己的经验来设计制作，且技术又相对保密的。因此本消音器的设计，经查阅大量资料，采用科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论，采用节流降压与小孔消音的原理结合现场实际情况来设计解决环境噪声超标的难题。 消音器的工艺参数为：蒸汽排放绝对压力：40 kg/ cm2，排汽温度：390℃，蒸汽比容ρ：0.0721 m3/ kg，排汽流量Q：8t/h； 噪声达到110dB以上，要求消音器的噪声小于85dB的环保要求。 一、设计原理。 复合式小孔喷注消音器是利用节流作用降低小孔喷注前的驻压，预先消耗部分声能，再dB与小孔降噪相结合，达到较高的消声量；其原理是利用节流降压与小孔喷注两种消声机理，通过适当结构复合而成的。 1. 小孔喷注消音器 小孔喷注消音器的设计机理是根据科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论，从发声机理上使它的干扰噪声减少，由于喷注噪声峰值频率与喷口直径成反比，若喷口直径变小，喷口辐射的噪声能量将丛低频移向高频，于是低频噪声被降低，高频噪声反而增高，当孔径小到一定值（达到mm 级），实验表明，当孔径≤4mm时具有移频作用，喷注噪声将移

到人耳不敏感的频率范围（听觉最敏感的区域250~5000赫兹）； 根据这一机理将一个大的喷口改为许多小孔来代替，便能达到降低可听声的目的。从实用角度考虑，孔径不能选得过小，因为过小的孔径不仅难于加工，同时易于堵塞，影响排汽。一般选用直径1~3mm的小孔为宜。 2.节流降压消音器 节流降压消音器是利用节流降压原理而制成的。根据排汽流量的大小，适当设计通流截面，使高压气体通过节流孔板时，压力都能最大限度地降低到临界值。这样通过多级节流孔板串联，就能把排空的一次压降分散到若干个小的压降。由于排汽噪声功率与压力降的高次方成正比例，所以把压力突变排空改为压力在消音器内就逐渐降下来再排空，这样能使消音器内流速控制在临界流速下，不致产生激波噪声，压力在最大限度地降到临界值，使消音器获得较好的消声效果。同时节流降压后小孔喷注层的驻压大大变小，小孔喷注层强度设计所需的壁厚也大为减薄，这样给小孔喷注层的钻孔加工减小难度。 消音器入口处的压力通常是给定的，当排放压力较高时，为了取得所需的消声值，经过几次节流降压，使汽体进入小孔喷注前的压力由消音器入口处的压力P1按比例降低设计；通常情况下，节流降压消音器的各级压力选择为等比级数下降，设节流孔板级数为n，临界压力比为q (q＜1) ，可得： n g P P q （1）后前 根据气体状态方程、连续性方程和临界流速公式，由资料可

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GT -POWER 在内燃机排气消声器设计中的应用 谢田峰,金国栋,钟绍华 (华中科技大学机械学院,湖北武汉430074) 摘要:介绍一种新的模拟软件,可对两者进行综合预测,该软件基于一维流体动力学的假设。为了便于用户设计复杂的消声器,该软件提供了绘图的处理程序。通过绘图程序中提供的消声器基本元件库,用户可以轻松地创建复杂消声器模型。将简单模型的模拟结果与试验结果相比较,可见模拟软件具有良好的预测性能。由此可得出结论,应用计算机对发动机及消声器进行模拟,不仅能预测消声器特性,还能反应出不同结构消声器对发动机性能的影响。 关键词:GT -POWER ;排气消声器;模拟 中图分类号:TK 413147 文献标识码:A 文章编号:1000-6494(2003)01-0012-03 Application of GT -POWER in Design of Exhaust Muffler for Internal Combustion Engine XIE Tian -feng ,J IN Guo -dong ,ZHON G Shao -hua (College of Mechanical Engineering Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074,China )Abstract :With the computer simulation of exhaust mufflers and engines ,the influence of mufflers on engine performance as well as exhaust noise can be predicted.This paper describes a new simulation software developed for such coupled simu 2lations ,which bases on the assumption of a one -dimensional fluid dynamics.To help users in design of muffler with com 2plex geometry ,an easy -to -use graphical preprocessor is provided ,with which the user builds a model representation of muffler using a library of basic elements.A comparison of simulation result and experiment result shows that the predic 2tions give good results. K ey w ords :GT -POWER ;exhaust muffler ;simulation 作者简介:谢田峰(1975-),男,硕士,主要研究方向: 汽车节能与净化。 收稿日期:2002-09-17 在汽车噪声中,排气噪声是主要的噪声源。在日益严格的噪声污染控制法规下,消声器的性能越来越引起人们的关注。传统的消声器设计法存在着两点不足:实验周期长,人力物力消耗严重但仍不能取得好的效果,不能适应企业现代化、市场化及开发周期最小化的需要;设计时常常把消声器的消声性能和发动机的性能相互孤立地考虑,以至于很难找到两者的最佳结合点。随着计算机软件技术的迅猛发展及其在工程中的广泛应用,发动机性能仿真技术也得到了快速发展并日渐成熟。GT -POWER (GT -SU ITE 的一部分)就是其中优秀的仿真软件之一。GT -POWER 软件系统在消声器开发中的应用使其与发动机性能相互影响的问题得到了综合 解决,更加顾及全局的效果,减少了问题孤立化带来的困扰,并且大大缩短了产品的开发周期,减少了人力、财力、物力的浪费,提高了企业的竞争力。 1　发动机模型的建立 GT -POWER 所应用的是一维流体假设的动 力学模型,它综合了发动机性能的分析代码,并几乎包含了发动机所有关键工况的细节模型,可以较完整地模拟发动机不同工况的性能变化。整个系统被划分为许多小的控制单元体,单元体上又划分成许多相互交错的网格,网格是系统进行运算估值的基本单元。也就是说所有的标量(压力、温度等)都以单元体的中心为计算标准,而所有的向量(速度、物质流量)皆以单元体的边缘为计算标准,系统内部划分的单元体也是如此。形状各异的气体通道皆可转化为功能相当的标准管件,最后形成发动机的管网化的模型,用于对发动机进行仿真。 ? 21?设计?研究 内燃机　2003年第1期

消声器设计计算

计算并设计一消声器，用于频率为100Hz的发动机排气消声器，消声量不小于30dB，需选定已知内壁管壁厚，开孔个数，每个孔直径，扩张室直径，排气管道直径为5cm，用三维软件画出设计图。 消声器类型消声原理主要应用 阻性消声器(中高频)多孔性吸声材料的吸收 风机、通风空调、燃气轮机 等设备的进、排气噪声 抗性消声器(低频好)管道阻抗变化所产生的声反 射和耗损 空压机的进气噪声、内燃 机、汽车的排气噪声等 阻抗复合型消声器联合阻性消声器和抗性消声 器的消声机理 采用阻性消声器、抗性消声 器的场所 扩散消声器改变喷注结构、降低喷口的压 力和流速 高温、高压、高速气流等高 声强噪音 噪声按声音的频率可分为：＜400Hz的低频噪声、400～1000Hz的中频噪声及＞1000Hz的高频噪声。根据设计要求及各种消声器的适用范围，选用抗性消声器进行设计改进。 抗性消声器 消声原理：通过控制声抗的大小来进行消声的。与阻性消声器不同，它不使用吸声材料而是在管道上接截面积突变的管段或旁接共振腔，声波在管道截面的突然扩张(或收缩)，造成通道内声阻抗突变，使声波传播方向发生改变，某些频率的声波在声阻抗突变的界面发生反射、干涉等现象，从而在消声器的外测，达到了消声的目的。

消声的频率特性：具有中、低频消声性能。 适用范围：消除空压机、内燃机、汽车排气噪声（气体流速较高气速的情况） 抗性消声器具有的特点： （1）不需要使用多孔吸声材料 （2）耐高温、抗潮 （3）流速较大，洁净 （4）对低频、窄带噪声有较好的效果。 常用抗性消声器的类型： （1）扩张室式消声器 （2）共振腔消声器 （3）干涉式消声器 按共振腔消声器进行设计： （1）倍频带消声量不小于30dB，由式： K L+ 102 ? = lg 20 ) 1( 302 K + 10 = lg 20 ) 1( 查表 不同频带下的消声量△L 与K值的关系 频带 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.5 2 3 4 5 6 8 10 15 类别 倍频 1.1 1.2 2.4 3.6 4.8 7.5 9.5 12.8 1 5.2 17 18.6 20 23 27 带 1/3倍 2.5 6.2 9.0 11.2 1 3.0 16.4 19 22.6 25.1 27 28.5 31 33 36.5 频带 2 / 4

汽车消声器角板冲压模具设计开题报告(5)

毕业设计(论文)开题报告题目：汽车消声器角板冲压模具设计

过程，根据分析结果，设计人员可预测某一工艺方案成形的可行性及可能出现的质量问题，并通过在计算机上选择修改相关参数，可实现工艺及模具的优化设计。这样既节省了昂贵的试模费用，也缩短了制模具周期。 研究推广能提高生产率及产品质量、降低成本和扩大冲压工艺应用范围的各种压新工艺，也是冲压技术的发展方向之一。目前，国内外相继涌现出精密冲压工艺、软模成形工艺、高能高速成形工艺及无模多点成形工艺等精密、高效、经济的冲压新工艺[10]。 2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施 2.1本课题研究的主要内容 （1）对给定零件进行工艺分析并确定工艺方案； （2）模具总体结构设计及相关工艺计算； （3）进行模具零部件的设计； （4）绘制模具装配图和非标准件的零件图； （5）完成模具的proe三维造型； （6）编写设计说明书（论文）； 消声器角板（如下图） （三维及二维） 图2.11二维图

图2.12三维图 2.2采用的研究方案、研究方法或措施 本次设计按照工艺分析——工艺方案确定——模具结构设计的思路进行。 (1) 方案对该工件包括落料、冲孔、弯曲三个基本工序，可有以下三个工艺方案：方案一：先落料，后冲孔，最后弯曲。采用单工序模生产；方案二：落料——冲孔复合模，弯曲单工序模。方案三：冲孔—切口—弯曲—落料，采用级进冲模[11]。 (2) 方案分析 方案一：结构简单，需要三道工序三幅模具，模具制作简单，易于生产，适合于小批量的生产[12]；方案二：该方案经计算可落料冲孔复合和弯曲单工序模，只需要2幅模具，生产效率高，但是复合模具制造成本高，调整维修较麻烦[13]。方案三：生产效率高，但是模具设计和制造复杂[14]。 (3) 方案确定闰土机械外文翻译成品某宝dian 因为方案一使用的模具设计相对简单，适合刚学习冲压模具设计者，所以选择方案一。 3. 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作 3.1本课题研究的重点及难点 (1)通过对消声器角板的工艺分析，确定工作的重点主要集中在模具工作部分零件的设计（比如：凸模、凹模、凸凹模），然后进行各种固定板的设计和相关尺寸计算和校核[15]。 (2)设计时前后工序的关联性以及模具的关联性，合理安排工序，尽量使模具的结构

汽车消声器及排气管的设计非常实用

汽车消声器及排气管的 设计非常实用 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】

消声器及排气管的设计 消声器及排气管的设计 消声器的主要作用是降低发动机的排气噪声，并使高温废气能安全有效地排出。消声器作为排气管道的一部分，应保证其排气畅通、阻力小及足够强度。消声器要经受500~700。C高温排气，保证在汽车规定的行驶里程内，不损坏、不失去消声效果。 １、消声器的主要结构形式 汽车消声器按消声原理与结构可分为抗性消声器、阻性消声器和阻抗复合型消声器三类 1抗性消声器 抗性消声器是在内部通过管道、隔板等部件组成扩张室、共振室等各种消声单元时，声波在传播时发生反射和干涉，降低声能量达到消声目的。抗性消声器消声频带有限，通常对低、中频带消声效果好，高频消声效果差，货车多采用抗性消声器。 阻性消声器 是在内部排气通过的管道周围填充吸声材料来吸收声能量达到消声目的的消声器。对中、高频消声效果好，单纯用作汽车排气消声器较少，通常与抗性消声器组合起来使用。 阻抗复合型消声器 是分别用抗性消声单元和吸声材料组合构成的消声器，它具有抗性、阻性消声器的共同特点。对低、中、高频噪声都有很好的消声效果。 ２、消声器的性能要求 消声量 大小以消声器的插入损失来评价。插入损失是指装消声器前后在消声器出口某固定点测量的排气声压级之差。 D=L1-L2 式中：D——插入损失，dB L1——安装消声器前在某点测量的排气声压级，dB L2——安装消声器后在某点测量的排气声压级，dB 在实际测量时先测量不装消声器的排气噪声。按插入损失定义，为保证测量点位置不变，用一根同消声器等长、管径与消声器进气管相同的空管代替消声器。再测量装消声器时的排气声压级。 2 消声器功率损失 评价发动机额定功率点的功率损失比R的计算公式为： R=（P1-P2）/P1×100% 式中：P1——不带消声器而带空气管时的发动机功率，KW P2——带消声器后发动机功率，KW 功率损失比要求为：重型车R≤3%；中型车R≤5%；轻型车R≤6%。 实际测量中，用直接测量消声器排气背压来评价消声器性能。货车柴油车一般为10Kpa。 3 结构强度 主要是指抗震性、密封性、抗回火性等。消声器台架试验中经20次试验后，消声器不出现咬口或焊接部位损坏。试验完毕后测量漏气量总和不超过200L/min，插入损失下降不大于3 dB，功率损失比增加不大于%。 ３设计要点 1确定消声器的消声量 设计消声器时首先要确定降低排气噪声的目标值，即由发动机排气噪声大小，频谱特性和消声器所匹配车辆的噪声标准限值来决定消声器消声量大小。假设声源特性属线性声源，声衰减量L为： L=10Lg(R2/R1)

汽车消声器及排气管的设计

消声器及排气管的设计 消声器及排气管的设计 消声器的主要作用是降低发动机的排气噪声，并使高温废气能安全有效地排出。消声器作为排气管道的一部分，应保证其排气畅通、阻力小及足够强度。消声器要经受500~700。C高温排气，保证在汽车规定的行驶里程内，不损坏、不失去消声效果。 １、消声器的主要结构形式 汽车消声器按消声原理与结构可分为抗性消声器、阻性消声器和阻抗复合型消声器三类 1抗性消声器 抗性消声器是在内部通过管道、隔板等部件组成扩张室、共振室等各种消声单元时，声波在传播

时发生反射和干涉，降低声能量达到消声目的。抗性消声器消声频带有限，通常对低、中频带消声效果好，高频消声效果差，货车多采用抗性消声器。 阻性消声器 是在内部排气通过的管道周围填充吸声材料来吸收声能量达到消声目的的消声器。对中、高频消声效果好，单纯用作汽车排气消声器较少，通常与抗性消声器组合起来使用。 阻抗复合型消声器 是分别用抗性消声单元和吸声材料组合构成的消声器，它具有抗性、阻性消声器的共同特点。对低、中、高频噪声都有很好的消声效果。２、消声器的性能要求 消声量

大小以消声器的插入损失来评价。插入损失是指装消声器前后在消声器出口某固定点测量的排气声压级之差。 D=L1-L2 式中：D——插入损失，dB L1——安装消声器前在某点测量的排气声压级，dB L2——安装消声器后在某点测量的排气声压级，dB 在实际测量时先测量不装消声器的排气噪声。按插入损失定义，为保证测量点位置不变，用一根同消声器等长、管径与消声器进气管相同的空管代替消声器。再测量装消声器时的排气声压级。 2 消声器功率损失 评价发动机额定功率点的功率损失比R的计算

排气系统消声器设计技术规范

排气系统消声器设计技术规范

排气消声系统设计技术规范

目录一、主题与适用范围 1、主题 2、适用范围 二、排气消声系统的总称说明及功用 三、设计应用 1、设计规则和输入 2、设计参数的设定 2.1 尺寸及重量 2.2 排气背压 2.3 功率损失比 2.4 净化效率 2.5 加速行驶车外噪声 2.6 插入损失及传递函数 2.6.1 插入损失 2.6.2 传递函数 2.7 尾管噪声 2.8 定置噪声 2.9 振动 3、系统及零部件的设计 3.1 系统布置 3.1.1 布置原则 3.1.2 间隙要求 3.1.3 吊钩位置的选取 3.1.4 氧传感器孔的布置 3.2 消声器的容积确定 3.3 排气管径的选取

3.4 消声器 3.4.1 消声器的截面形状 3.4.2 消声器内部结构 3.5 补偿器 3.5.1 波纹管 3.5.2 球形连接 3.6 橡胶吊环 3.7 隔热部件 3.8 材料选择 3.8.1 排气管、消声器内组件 3.8.2 消声器外壳体 四、参考文献列表

一、主题与适用范围 1、主题: 本指南规定了与汽车发动机相匹配的排气消声系统的系统匹配，零部件设计。 2、适用范围: 本指南适用于装汽油M1、N1类车的排气消声系统设计。 二、排气消声系统的总成说明及功用 排气系统包括排气歧管、排气管、排气净化装置、排气消声装置、隔热部件、弹性吊块等。一般地，排气系统具有以下一些功用： (1) 引导发动机排气，使各缸废气顺畅的排出； (2) 由于排气门的开闭与活塞往复运动的影响，排气气流呈脉动形式，排气门打开时存在一定的压力，具有一定的能量，气体排出时会产生强烈的排气噪声，气体和声波在管道中摩擦也会产生噪声,因此在排气系统装有排气消声器来降 低排气噪声； (3) 降低排气污染物CO,HC,NOX 等的含量，达到排气净化的作用； 典型的排气消声系统如图1所示： 图1 三、设计应用 1、设计规则和输入: 1.1 排气系统能很好的将废气顺畅排出，满足发动机的排气背压，功率损失比的要求。 1.2 排气系统设计能满足现行中华人民共和国法规要求，具体如下：

排气系统消声器设计技术规范

精心整理排气消声系统设计技术规范 目录 一、主题与适用范围 1、主题 2、适用范围 二、排气消声系统的总称说明及功用 1 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.6.1 2.6.2 2.7 2.8 2.9 3、系统及零部件的设计 3.1系统布置 3.1.1布置原则 3.1.2间隙要求 3.1.3吊钩位置的选取 3.1.4氧传感器孔的布置

3.2消声器的容积确定 3.3排气管径的选取 3.4消声器 3.4.1消声器的截面形状 3.4.2消声器内部结构 3.5补偿器 3.5.1 3.5.2 3.6 3.7 3.8 3.8.1 3.8.2 1 2 吊块等。一般地，排气系统具有以下一些功用： (1)引导发动机排气，使各缸废气顺畅的排出； (2)由于排气门的开闭与活塞往复运动的影响，排气气流呈脉动形式，排气门打开时存在一定的压力，具有一定的能量，气体排出时会产生强烈的排气噪声，气体和声波在管道中摩擦也会产生噪声,因此在排气系统装有排气消声器来降低排气噪声；

(3)降低排气污染物CO,HC,NOX等的含量，达到排气净化的作用； 典型的排气消声系统如图1所示： 图1 三、设计应用 1、设计规则和输入: 1.1排气系统能很好的将废气顺畅排出，满足发动机的排气背压，功率损失比的要求。 1.2 QC/T57 GB1495 QC/T58 1.3 减少 1.4 1.5消声器在满足消声量的前提下要体积小，重量轻，便于安装和维修，有一个较好的价格性能比。除消声器几何尺寸和管路走向应符合装车的要求外，消声器的尾管应美观大方，表面装饰应与车的总体造型相协调。 2、设计参数的设定 2.1尺寸及重量

排气系统设计

奇瑞汽车有限公司设计指南 编制： 审核： 批准： 发动机工程研究一院

目录 一、主题与适用范围 1、主题 2、适用范围 二、排气消声系统的总成说明及功用 三、设计应用 1、设计规则和输入 2、设计参数的设定 2.1 尺寸及重量 2.2 排气背压 2.3 功率损失比 2.4 净化效率 2.5 加速行驶车外噪声 2.6 插入损失以及传递函数 2.6.1 插入损失 2.6.2 传递函数 2.7 尾管噪声 2.8 定置噪声 2.9 振动 3、系统及零部件的设计 3.1 系统布置 3.1.1 布置原则 3.1.2 间隙要求 3.1.3 吊钩位置的选取

3.1.4 氧传感器孔的布置 3.2 消声器的容积确定 3.3 排气管径的选取 3.4 消声器 3.4.1 消声器的截面形状 3.4.2 消声器内部结构 3.5 净化装置 3.6 补偿器 3.6.1 波纹管 3.6.2 球形连接 3.7 橡胶吊环 3.8 隔热部件 3.9 材料选择 3.9.1 排气管、消声器内组件 3.9.2 消声器外壳体 四、排气消声系统的设计开发流程 五、修订说明 六、参考文献列表

一、主题与适用范围 1、主题: 本指南规定了与汽车发动机相匹配的排气消声系统的系统匹配，零部件设计以及开发的流程等。 2、适用范围: 本指南适用于奇瑞所有装汽油或柴油发动机的M1类车的排气消声系统设计二、排气消声系统的总成说明及功用 排气系统包括排气歧管、排气管、排气净化装置、排气消声装置、隔热部件、弹性吊块等。一般地，排气系统具有以下一些功用： (1)、引导发动机排气，使各缸废气顺畅的排出； (2)、由于排气门的开闭与活塞往复运动的影响，排气气流呈脉动形式，排气门打开时存 在一定的压力，具有一定的能量，气体排出时会产生强烈的排气噪声，气体和声波在管道中摩擦也会产生噪声,因此在排气系统装有排气消声器来降低排气噪声； (3)、降低排气污染物CO,HC,NO X等的含量，达到排气净化的作用； 注：在本指南中，我们将只介绍排气管和排气消声装置的详细设计，对排气歧管和排气净化装置的详细设计见其他设计指南。 典型的排气消声系统如图1所示： 图1 三、设计应用

汽车消声器性能分析与设计_毕业论文

毕业设计论文 汽车消声器性能分析与设计 摘要 消声器作为控制排气噪声的一种简单而有效的方法，在汽车发动机排气系统中得到了广泛的应用。设计高消声性能、低压力损失的排气消声器是目前汽车噪声控制中的重要课题。本文针对某典型发动机排气系统设计了一款消声器，并对其进行了分析和改进。 本文利用声场有限元方法和流场有限容积方法分析了简单扩张腔的声场、流场分布规律，探讨了气流对消声器性能的影响，结果表明：随着温度的升高，传声损失频谱往高频移动，使得高频消声效果变好，中低频变差；。可见对排气消声器进行设计、分析和改进时不能忽视这些外在因素的影响。 根据发动机排气直管噪声频谱特性，设计了一款排气消声器，在此基础上建立实体模型和有限元模型，仿真分析了内部多物理场分布，总结了该消声器的声学特性和空气动力性。结果表明：该消声器在20~100Hz、800~1200Hz 及600~2000Hz低、中频段的传声损失偏低，高速气流可能导致再生噪声较大，压力损失较大，各腔温度差异大。 关键词：排气消声器；有限元；空气动力性；声学特性

Performance Analysis and Design of Car Muffler ABSTRACT As a effective method of controlling vehicles noise, muffler has been widely applied in exhaust system of engine. It is an important topic to exhaust mufflers that have good attenuation performance and low pressure loss in the field of automobile’s noise control. A muffler for a typical exhaust system is designed. The finite element method is applied to simulate it characteristic and to predict it performance so as to have an improved design. The finite element method is applied to analyze the rules of the flow field, and acoustic field inside expansion chambers which is basing on that the influence of temperature and velocity is taken into account. The results indicate that: When temperature rises, the spectrum moves toward higher frequency, which makes the attenuation performance in high frequencies better and that in middle frequencies worse. When the temperature and heat transfer, the velocity of turbulence is rise，and pressure loss is reduced .As a result, these outside factors can’t be ignored when designing, analyzing and redesigning an exhaust muffler. An exhaust muffler is designed basing on analyzing the sound of the engine. By building a model of it, different grid meshes are formed based on the calculation characteristic of acoustic field and the flow field. The acoustics and aerodynamics performance of the muffler are analyzed. The result suggests that the sound attenuation pat 20~100Hz,800~1200Hz and 1600~2000Hz frequency isn’t good , the high-speed flow may bring the air flow regeneration noise ，the pressure loss is little of high and the difference between every chamber is large. Key words：Exhaust Muffler, Finite Element Method, aerodynamics

汽车排气消声器发展的研究

汽车排气消声器发展的研究 汽车噪声的来源主要是发动机噪声，而在发动机噪声中，排气噪声是主要的噪声来源，使用消声器是降低发动机排气噪声的有效途径。排气消声器随着科技的进步也在不断的发展，其设计方法也在不断的创新。 标签：消声器；汽车噪声；噪声控制 1 汽车噪声的来源 汽车噪声由多个声源产生，而其中影响较大的声源有，发动机自身噪声和其振动所致的噪声；汽车在行驶过程中，地面和汽车相互作用产生的噪声；汽车在速度较快时，空气所致的噪声。在发动机低转速运转时，发动机的噪声是在整车噪声中最主要的噪声，因此降低汽车噪声，首先要降低发动机噪声。 发动机噪声的声源并不是单一的，它们主要有机械部件运转产生的噪声，进、排气噪声，风扇运转产生的噪声，燃料燃烧时的噪声等。其中最主要的噪声来源为排气噪声，因此降低排气噪声，即可很好的降低发动机的噪声，这样一来，就可以有效的降低汽车噪声。目前，利用消声器降低排气噪声是降低发动机噪声的便利方法。 2 汽车排气消声器在国内外的发展状况 目前汽车上使用的消声器主要有无源消声器和有源消声两种类型。在无源消声器中，最常用的为抗性消声器，主要利用声音在共振室和扩展腔里反复衰减而降低噪声。此外，阻性消声器和阻抗复合型消声器也经常被使用在汽车上。阻性消声器的降噪原理与抗性消声器不同，阻性消声器主要是利。阻抗复合型消声器是将阻性消声器和抗性消声器合理组合，来实现消声的。 有源消声器利用声波干涉的原理来降低噪声，需要在原声场中引入次级声源，使其与原声源相互作用，而降低噪声，它是噪声主动控制的一种形式。 3 消声器的研究方法和设计方法 科技的进步带动了各行业的迅速发展，消声器的研究设计方法也一样，从最初的手工分析法，不断的发展为现在的计算机辅助设计。最初在二十世纪二十年代的早期，美国的Stewart首先提出了消声器的研究设计理论，这一理论被人们称为抗性声滤清器理论。在四十年代中期，消声器的设计中引入了数学方法，蔡超通过数学矩阵计算出了消声器的声学传递矩阵。在五十年代中期，Davis在截面突变处声压和体积振动速度的连续性和一维波动方程的理论基础上，分析计算得出了膨胀腔和侧支共振的特性。到了五十年代的后期，Igarashi在研究设计中引入了四端网络原理，他利用等效电路法，研究出消声器的传递特性，并利用四级参数矩阵的形式加以表示。经过十几年的不断研究、总结和创新，消声器的设