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[摘 要]本文以某款轿车消声器开发实例为依据，通过对汽车排气尾管加速噪声以及车内噪声的分析研究，用试验数据对比说明不同排气消声系统方案的噪声能否达到开发目标。通过台架及整车排气噪声试验，得到了不同设计方案的插入损失，功率损失比和排气背压差，选出较为适合的方案。
[关键词]排气噪声：排气消声器：选型
中图分类号：U464.171；U467.493 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0338-03
一、引言
近年来，随着我国汽车保有量的不断增加，汽车噪声逐渐成为主要的环境噪声污染源，控制汽车噪声成为非常迫切的问题。发动机噪声是汽车噪声的主要部分，它是由多种声源发出的噪声组合而成的，主要包括空气动力噪声和结构噪声。空气动力性噪声主要由进气噪声、排气噪声，其它的如增压器和风扇引起的气流噪声组成；结构噪声主要是结构受到燃烧激振力和机械激振力的作用，产生表面振动而形成的噪声。在发动机的噪声源中，排气噪声约占总噪声的30%，是所有噪声源中所占比例最大的一个，比其他的整机噪声高出10—15dB，因此在对汽车进行噪声控制时，必须对排气噪声采取措施，而采用结构合理的排气消声系统是最有效，最简单的降噪措施。
汽车排气噪声主要是发动机排气阀周期性的开闭所产生的压力脉冲引发气流振动而产生的，噪声能量主要集中在频率200Hz以下的低频区。汽车的排气噪声与发动机的转速和负荷两项参数密切相关，并且发动机在不同转速下所产生的排气噪声的差别非常大，转速每增加10倍时，其排气噪声声压级大约增加45dB（A），即排气噪声声压级与转速的4.5次方成正比。发动机负荷不断增加时，排气压力不断增加，排气噪声也要随之增加，根据实验数据统计，汽车在发动机全负荷时，其排气噪声声压级要比空负荷时高出15-20dB（A），排气阀门的开启时间的长短、阀门直径的大小和阀门座的形式等因素均对排气噪声的强弱有不同程度的影响。随着发动机转速和负荷程度的不断提高，排气系统内气流速度也不断提高，排气噪声也随之增大，从而使整车噪声有增大的迹象，必须给予一定程度的重视。对排气噪声的控制，如果单单仅靠从控制噪声源本身来采取措施，降噪效果是非常有限的，最有效、最简单的降噪方法就是采用结构合理的排气消声系统，由此可见，内燃机排气消声系统性能对降低汽车噪声，减轻城市交通噪声污染至关重要。
本文以某款轿车消声器开发实例为依据，通过对汽车排气尾管加速噪声以及车内噪声的分析研究，用试验数据对比说明不同排气消声系统方案的噪声能否达到开发目标。通过台架及整车排气噪声试验，得到了不同设计方案的插入損失，功率损失比和排气背压差，选出较为适合的方案。本文以某款车型消声器开发实例为依据，通过对汽车排气尾管加速噪声以及车内噪声的分析研究，用试验数据对比说明不同排气消声系统方案的噪声能否达到开发目标。通过台架及整车排气噪声试验，得到了不同设计方案的插入损失，功率损失比和排气背压差，选出较为适合的方案。
二、排气系统方案设计及方案测试
2.1、排气系统方案设计
某款车型的排气系统配置的是一款1.6L自然吸气发动机，具体参数如表1：
为了满足欧V排放法规，降低污染物排放，该款车型采用了双级催化器结构，同时为了满足汽车加速行驶车外噪声74dB限值，该车型采用了两级消声器结构，设计了2套排气系统方案，一套方案副消声器长度为570mm，一套方案副消声器长度为400mm，两种方案消声器走向布置相同，如图1：
这两个排气系统方案均由前级催化器（与排气歧管一体，为紧耦合型）、后级催化器、副消声器、主消声器、排气尾管以及橡胶悬挂组成。其中主消声器为抗性消声器，抗性消声器对降低单频，特别是低频噪声特别有效，传递损失很大，而且成本较容易控制，主消声器主要吸收低频噪声。副消声器为阻性消声器，副消声器主要吸收中、高频噪声。
设计方案经过评审认可后，供应商按照方案各提供一套样件先进行台架测试，试验结果满足要求后再提供给整车装车，在整车上進行排气噪声测试。
2.2、台架试验
根据《QC/T 631-2009 汽车排气消声器总成 技术条件和试验方法》试验标准，分别对方案一和方案二排气消声器进行试验，测试排气系统的插入损失、功率损失比、冷端背压和排气背压差。
试验内容：发动机台架符合试验条件后，开始进行试验。按发动机外特性试验方法，将发动机转速分别稳定在1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、5500、6000等十一个转速点，长副消声器方案与短副消声器方案都分别测量等效空管和排气消声系统的排气噪声声压级、发动机功率和排气背压。
测量示意图：按照消声器试验方法，测量示意图如图2，图3：
台架测试结果如下（A1-B3）：
C.两种方案在额定转速6000rpm结果对比（表2）
从对比结果看，两种方案台架测试结果均能满足整车对消声器的性能要求。
2.3、整车排气噪声测试
消声器台架测试达到要求后，各制作一套样件在整车上搭载，进行整车上面的排气噪声测试。
试验方法：在同一辆车上，先进行长副消声器的试验，然后更换上短副消声器再进行试验，将两次试验的结果进行对比。
试验工况：
1、三档全油门（WOT），发动机转速1000-6000rpm，麦克风测量点：驾驶员右耳、后排中间、排气尾管出气口。
2、怠速（idle），发动机转速750±50rpm，麦克风测量点：驾驶员右耳、后排中间、排气尾管出气口。
测试结果（A-F）：
从以上试验数据来看，短副消声器驾驶员右耳、后排中间、排气尾管处总的声压级曲线的线性度已经很接近长副消声器了，效果比较明显， 驾驶员右耳、后排中间噪声测量结果优于长副消声器，排气尾管噪声短副消（57.6dB）比长副消（56.6dB）大1dB。同时，排气系统对怠速车内噪声的影响不大；短副消WOT工况排气口噪声稍差，但对车内的影响较小。
从两种消声器方案的试验结果来看，基本都能满足整车性能开发要求，但是从开发成本上考虑，副消长度从570mm减短到400mm，对采购成本控制贡献比较大。另外通过实车的道路耐久测试，长副消声器与下车身一连接板有轻微干涉现象，而该连接板是为了加强车辆侧碰强度无法修改，因此综合各方面的因素考虑，最终决定采用短副消声器方案。
三、总结
发动机排气噪声是车辆噪声的重要组成部分，对车辆NVH性能以及乘客乘坐舒适性影响十分明显，因此在进行排气系统设计时需特别关注。本文以某款车型的排气系统为研究对象，分别设计了两套排气系统方案，并根据排气噪声测试结果完成排气系统的选型，主要完成以下工作：
1、针对整车开发性能要求，设计了两套不同的排气系统方案，为后期排气系统开发选型提供更多选择，同时也能更好的缩短排气系统性能开发周期。
2、将两套不同排气系统方案样件进行台架试验，比较不同方案的插入损失、系统的背压损失、功率损失比，为整车排气噪声测试提供试验依据。
3、将台架试验验证过的排气系统方案样件装车进行整车排气噪声测试，比较两套方案的排气管出气口噪声、司机右耳噪声、后排中间噪声，为排气系统方案最终选型提供依据。
作者简介
万伟峰（1984.03--）；性别：男，籍贯：湖北省武汉市，学历：本科，毕业于江汉大学；研究方向：汽车排气系统；
[关键词]排气噪声：排气消声器：选型
中图分类号：U464.171；U467.493 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0338-03
一、引言
近年来，随着我国汽车保有量的不断增加，汽车噪声逐渐成为主要的环境噪声污染源，控制汽车噪声成为非常迫切的问题。发动机噪声是汽车噪声的主要部分，它是由多种声源发出的噪声组合而成的，主要包括空气动力噪声和结构噪声。空气动力性噪声主要由进气噪声、排气噪声，其它的如增压器和风扇引起的气流噪声组成；结构噪声主要是结构受到燃烧激振力和机械激振力的作用，产生表面振动而形成的噪声。在发动机的噪声源中，排气噪声约占总噪声的30%，是所有噪声源中所占比例最大的一个，比其他的整机噪声高出10—15dB，因此在对汽车进行噪声控制时，必须对排气噪声采取措施，而采用结构合理的排气消声系统是最有效，最简单的降噪措施。
汽车排气噪声主要是发动机排气阀周期性的开闭所产生的压力脉冲引发气流振动而产生的，噪声能量主要集中在频率200Hz以下的低频区。汽车的排气噪声与发动机的转速和负荷两项参数密切相关，并且发动机在不同转速下所产生的排气噪声的差别非常大，转速每增加10倍时，其排气噪声声压级大约增加45dB（A），即排气噪声声压级与转速的4.5次方成正比。发动机负荷不断增加时，排气压力不断增加，排气噪声也要随之增加，根据实验数据统计，汽车在发动机全负荷时，其排气噪声声压级要比空负荷时高出15-20dB（A），排气阀门的开启时间的长短、阀门直径的大小和阀门座的形式等因素均对排气噪声的强弱有不同程度的影响。随着发动机转速和负荷程度的不断提高，排气系统内气流速度也不断提高，排气噪声也随之增大，从而使整车噪声有增大的迹象，必须给予一定程度的重视。对排气噪声的控制，如果单单仅靠从控制噪声源本身来采取措施，降噪效果是非常有限的，最有效、最简单的降噪方法就是采用结构合理的排气消声系统，由此可见，内燃机排气消声系统性能对降低汽车噪声，减轻城市交通噪声污染至关重要。
本文以某款轿车消声器开发实例为依据，通过对汽车排气尾管加速噪声以及车内噪声的分析研究，用试验数据对比说明不同排气消声系统方案的噪声能否达到开发目标。通过台架及整车排气噪声试验，得到了不同设计方案的插入損失，功率损失比和排气背压差，选出较为适合的方案。本文以某款车型消声器开发实例为依据，通过对汽车排气尾管加速噪声以及车内噪声的分析研究，用试验数据对比说明不同排气消声系统方案的噪声能否达到开发目标。通过台架及整车排气噪声试验，得到了不同设计方案的插入损失，功率损失比和排气背压差，选出较为适合的方案。
二、排气系统方案设计及方案测试
2.1、排气系统方案设计
某款车型的排气系统配置的是一款1.6L自然吸气发动机，具体参数如表1：
为了满足欧V排放法规，降低污染物排放，该款车型采用了双级催化器结构，同时为了满足汽车加速行驶车外噪声74dB限值，该车型采用了两级消声器结构，设计了2套排气系统方案，一套方案副消声器长度为570mm，一套方案副消声器长度为400mm，两种方案消声器走向布置相同，如图1：
这两个排气系统方案均由前级催化器（与排气歧管一体，为紧耦合型）、后级催化器、副消声器、主消声器、排气尾管以及橡胶悬挂组成。其中主消声器为抗性消声器，抗性消声器对降低单频，特别是低频噪声特别有效，传递损失很大，而且成本较容易控制，主消声器主要吸收低频噪声。副消声器为阻性消声器，副消声器主要吸收中、高频噪声。
设计方案经过评审认可后，供应商按照方案各提供一套样件先进行台架测试，试验结果满足要求后再提供给整车装车，在整车上進行排气噪声测试。
2.2、台架试验
根据《QC/T 631-2009 汽车排气消声器总成 技术条件和试验方法》试验标准，分别对方案一和方案二排气消声器进行试验，测试排气系统的插入损失、功率损失比、冷端背压和排气背压差。
试验内容：发动机台架符合试验条件后，开始进行试验。按发动机外特性试验方法，将发动机转速分别稳定在1000、1500、2000、2500、3000、3500、4000、4500、5000、5500、6000等十一个转速点，长副消声器方案与短副消声器方案都分别测量等效空管和排气消声系统的排气噪声声压级、发动机功率和排气背压。
测量示意图：按照消声器试验方法，测量示意图如图2，图3：
台架测试结果如下（A1-B3）：
C.两种方案在额定转速6000rpm结果对比（表2）
从对比结果看，两种方案台架测试结果均能满足整车对消声器的性能要求。
2.3、整车排气噪声测试
消声器台架测试达到要求后，各制作一套样件在整车上搭载，进行整车上面的排气噪声测试。
试验方法：在同一辆车上，先进行长副消声器的试验，然后更换上短副消声器再进行试验，将两次试验的结果进行对比。
试验工况：
1、三档全油门（WOT），发动机转速1000-6000rpm，麦克风测量点：驾驶员右耳、后排中间、排气尾管出气口。
2、怠速（idle），发动机转速750±50rpm，麦克风测量点：驾驶员右耳、后排中间、排气尾管出气口。
测试结果（A-F）：
从以上试验数据来看，短副消声器驾驶员右耳、后排中间、排气尾管处总的声压级曲线的线性度已经很接近长副消声器了，效果比较明显， 驾驶员右耳、后排中间噪声测量结果优于长副消声器，排气尾管噪声短副消（57.6dB）比长副消（56.6dB）大1dB。同时，排气系统对怠速车内噪声的影响不大；短副消WOT工况排气口噪声稍差，但对车内的影响较小。
从两种消声器方案的试验结果来看，基本都能满足整车性能开发要求，但是从开发成本上考虑，副消长度从570mm减短到400mm，对采购成本控制贡献比较大。另外通过实车的道路耐久测试，长副消声器与下车身一连接板有轻微干涉现象，而该连接板是为了加强车辆侧碰强度无法修改，因此综合各方面的因素考虑，最终决定采用短副消声器方案。
三、总结
发动机排气噪声是车辆噪声的重要组成部分，对车辆NVH性能以及乘客乘坐舒适性影响十分明显，因此在进行排气系统设计时需特别关注。本文以某款车型的排气系统为研究对象，分别设计了两套排气系统方案，并根据排气噪声测试结果完成排气系统的选型，主要完成以下工作：
1、针对整车开发性能要求，设计了两套不同的排气系统方案，为后期排气系统开发选型提供更多选择，同时也能更好的缩短排气系统性能开发周期。
2、将两套不同排气系统方案样件进行台架试验，比较不同方案的插入损失、系统的背压损失、功率损失比，为整车排气噪声测试提供试验依据。
3、将台架试验验证过的排气系统方案样件装车进行整车排气噪声测试，比较两套方案的排气管出气口噪声、司机右耳噪声、后排中间噪声，为排气系统方案最终选型提供依据。
作者简介
万伟峰（1984.03--）；性别：男，籍贯：湖北省武汉市，学历：本科，毕业于江汉大学；研究方向：汽车排气系统；