GT-POWER在排气消声器中的优化设计

    0 引言

    排气噪声为汽车五大噪声源之一， 随着客户对车内噪声的关注以及噪声控制法规的日益严格, 消声器的设计要求也逐渐提高。一款设计合理的消声器对提升整车NVH 品质意义重大。

    本文依据对某轿车消声器的优化设计， 先通过试验测试排气噪声未达标频谱段， 结合 GT-POWER 对消声器的传递损失模拟分析[1]，对比频谱及传递损失， 找到消声器传递损失较小的频谱段，针对性地提出对消声器内部结构调整方案，最后通过实车验证其是否达标。

    1 原消声器测试及数据分析

    以某轿车消声器为例，发现该车怠速时，主观感觉有明显“突突”的排气噪声，总声级较高，超过60dB(A)限值 ，且试验测得该消声器在 III 挡全油门下的噪声都高于目标控制线，且声品质差。

     通过分析其怠速频谱（图1），可以看出其怠速状态排气噪声在400Hz 以下时，波峰较多，且峰值较大，因此，其怠速噪声声压较大，且音质较差。

    通过其III 挡全油门加速噪声数据绘制其声压彩色图及阶次图（图2～4），可以看出加速噪声主要由2 阶及 4 阶噪声组成，且以 4 阶为主。 并且在4200r ／ min 时，有一较大的波峰，频率为 280Hz。

    通过GT-POWER 计算消声器的传递损失， 发现前消声器主要作用频率在500Hz 以上 （图 5），在500Hz 特别是 300Hz 以下，作用不大。 后消声器主要作用频率在300Hz 以上，300Hz 以下作用锐减（图 6）。

    将前、后级消声器耦合后进行计算，可以看出整套消声器在300Hz 以下作用不大， 且在 500Hz左右有一较大波谷（图 7），整个传递损失曲线起伏较大， 设计上有一定缺陷， 从而造成了其怠速及急加速时噪声超标，且音品质较差。

    2 消声器内部结构优化及分析

    通过以上分析，需加强前消声器 500Hz 以下的传递损失，加强后消声器 300Hz 以下的传递损失。

    原前消声器由2 个扩张腔及 2 个共振腔组成，每一个腔体长度较短，形成的长径比较小，因而主要作用于中高频。合理地分配消声器各腔的长度，减少1 个腔体至 3 腔，调长单腔长度 ，形成较大的长径比，使其主要作用于低频[2]，考虑到最后一腔排气温度最低，根据传递损失的理论公式，对于相的腔长，温度越低，有效的消声频率越向低频移动[3]，为了尽量降低低频的噪声，将最后一腔设计为最长腔，见图 8。

    原后消声器中出气导流管上套有一高频管，为单纯的阻性消声器，主要作用于高频，将高频管取消， 并将出气导流管上的小孔减少并移至中间腔， 使其与消声器中间腔形成一共振消声器作用于低频，并在中间腔增加吸音棉，使其同时作用于高频，见图 9。