内燃机排气消声器设计技术发展讲解.docx
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内燃机排气消声器设计技术发展讲解
内燃机排气消声器设计分析技术发展
1.消声器的主要评价指标
1.1插入损失:
声压级之差
1.2传递损失:
入口的入射声能与出口的透射声能的比值
1.3消声量:
消声器入口的声压与出口的透射声压之比
1.4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
2.消声器主要参数的选择-经验
2.1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)
2.2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。
2.3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。
2.4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
2.5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。
2.6各腔连接方式的确定
用小孔或者插入管相连。
实验+经验。
2.7空腔内吸声材料的应用
增加高频的吸声效果。
2.8排气管尾管的长度和直径的确定
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。
3.消声器性能的计算模拟分析-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
4.消声器性能的有限元计算模拟分析-三维的计算分析
5.SYSNOISE振动与噪声分析软件在消声器设计分析中的应用
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
6).优化
(1).为了减少焊接区域的应力,采用新的结构。
(2).新结构的分析
将第五阶频率提高(62.3Hz—>70Hz),在发动机的激励下,进气管和支架的应力见下图、在其它的载荷工况下,应力均在许用应力的范围内。
改进前
改进后
发动机激励下,支架改进前后的应力分布
7).结论
减少因受到发动机的激励而产生排气系统振动过大的方法
一是改变橡胶的刚度和悬挂的位置,这种方法复杂并且需要对生产工艺进行较大的改变。
另外一种是在发动机和排气管的进气管之间采用波纹管进行连接,以降低排气系统的振动频率。
原始结构排气系统的前四阶频率
排气系统改进以后的频率
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