基于排气消声器背压与噪声匹配设计研究

摘 要：文章针对某款车型在设计阶段的排气系统噪声与背压及结构设计研究，主要是对噪声与背压及结构匹配优化设计；首先利用GT-power建立排气消声元件模型，分析消声器消声能力；在利用STAR-CCM+软件进行排气系统背压分析，通过背压与噪声消声能力对比研究，选择满足背压要求的最优排气系统消声器方案，来做为设计冻结的消声器方案；同时也能够研究排气系统背压和消声器结构对排气噪声的影响。

关键词：排气系统；消声能力；背压；结构

CLC NO.: U462.1 document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-51-02

前言

随着科学和技术的发展、时代的进步以及国内人们生活品质的提高，现阶段人们对汽车整车 NVH性能要求越来越高，NVH主要分为两块：噪声与振动；其中发动机是整车最主要的振动噪声源。消除发动机盖噪声是排气系统主要的功能之一，排气系统主要是由管路和消声元件连接而成。传递损失是评价消声元件消音能力的重要评价指标，而传递损失主要和消声元件内部结构和整个排气系统背压值决定；排气背压值越小，发动机动力性越好，消声效果越差；反之排气背压值越大，发动机动力性越差，消声效果越好；因此目前排气系统噪声与背压的匹配设计分析在整车以及排气系统NVH设计中是非常重要的方面。

1 排气系统传递损失分析[1]

1.1 排气消声元件模型

图1 一级消声器模型
Fig.1 Model of first stage muffler

排气消声元件由一级消声器和二级消声器组成；根据方案设计一种一级消声器案分别和三种二级消声器方案相匹配。下表为方案简述[3]：

图2 二级消声器模型
Fig.2 Two stage muffler model

表1 消声元件方案简述
Tab.1 Outline of silencing element scheme

1.2 排气消声元件传递损失分析

图3 传递损失分析模型
Fig.3 Transfer loss analysis model

利用GT-power软件进行模型建立[2]，噪声源采用软件自带白噪声设置；排气系统管路采用直管代替，主要靠消声元件的消声能力。

图4 传递损失分析结果
Fig.4 Transfer loss analysis results

通过分析对比，三种方案消声能力各有不同；

方案二比方案一相比：

①100Hz以下消声能力相当；

②100Hz以上消声能力较强。

方案三相对于方案一对比：

①100Hz以下消声能力较强；

②100Hz以上消声能力相当。

2 排气系统背压分析

2.1 排气系统分析背压云图

利用 STAR-CCM+软件进行排气系统三种背压分析[4]，背压云图如下：

图5 排气背压云图结果
Fig.5 Results of exhaust back pressure nephogram

通过软件分析背压云图可以看出排气系统背压值分布情况，也可以查看某一段的排气背压值，在设计时调整背压提供明确的方向和目的，同时也能看出哪一段背压值超出目标值要求。

2.2 排气系统分析背压值

表2 排气系统背压值
Tab.2 backpressure value of exhaust system

从上述可知，

a、方案二方案一对比：在结构变化不大的情况下，背压加大，消声效果变好。

b、方案三与方案一对比：在结构变化的情况下，背压加大，消声效果变好。

3 结束语

基于GT-Power、STAR-CCM+软件对某乘用车消声器做的传递损失和背压仿真分析，通过不同方案的数据进行对比，可以看到排气系统结构背压对消声器消声能力及噪声的影响结果。所以，在消声器的设计过程中，充分利用声学及流场仿真分析软件的辅助，可以提高工作效率，了解设计方案的不足，以及后期消声器内部结构调整方向；缩短开发周期。本文可对汽车消声器的设计起到参考作用。