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汽车消声器设计,北京绿创环保设备股份有限公司汽车排气系统设计所吴帮玉,声学的基本概念,目录,1.声压、声压示例、声压级、声强级、声功率级2.声压级和声强级的比较3.自由声场中的声压级3.室内声场中的声压级和声功率级4.声音的叠加及分贝的相加、相减5.计权网络，A、B、C声级及A声级的计算,声压,1.声压:设体积元受声扰动后压强由P0改变为Pl，则由声扰动产生的逾量压强(简称为逾压)就称为声压。,2.瞬间声压:在已定时间间隔中最大的瞬间声压值称为峰值声压或巅值声压。,3.有效声压:在一定时间间隔中，瞬时声压对时间取均方根值称为有效声压,声压示例,声压大小的典型例子：人耳对1kHz声音的可听阈(即刚刚能觉察到它存在时的声压)约2105Pa；微风轻轻吹动树叶的声音约2104Pa；在房间中的高声谈话声相距lm处)约0.05Pa0.1Pa；交响乐演奏声(相距5m10m处)约0.3Pa；飞机的强力发动机发出的声音(相距5m处)约200Pa。,声压级,1.人的耳朵有一个很“奇怪”的特点、当耳朵接收到声振动以后，主观上产生的“响度感觉”并不是正比于强度的绝对值，而是更近于与强度的对数成正比。以符号SPL表示2.声压级声压级参考声压pref一般取为2105Pa,声强级、声功率级,声强级声强级用符号SIL表示,声功率级:声功率级用符号Lw表示,式中：Lw声功率级（dB）；W声功率（W）；W0基准声功率，为10-12W。,参考声强Iref一般取1012Wm2。这一数值是与考声压2105Pa相对应的声强(计算时取空气的特性阻抗400Nsm)，这也是1kHz声音的可听阈声强。,声压级和声强级的比较,声压级与声强级数值上近于相等,如果在测量时条件恰好是:,则SILSPL；对一般情况，声强级与声压级将相差一个修正项，它通常是比较小的。,自由声场中的声压级,在自由声场中，Lw为声源的声功率级，求距声源r米处的声压级Lp。,在自由声场中，已知10m处的声压级为60dB,求100m处的声压级。40dB,声音的叠加,60分贝加60分贝只等於63分贝。下面的公式解释声音相加的原理:即声压级分别为L1,L2Ln声音叠加,总声压级L的计算过程,当L1=L2=Ln时，上式就简化为：,声音叠加的例子,70dB+70dB+70dB+70dB+70dB=?,一个人讲话为声压级60dB，一百个人同时讲话声压级为?80dB60dB+70dB=?60dB+65dB=?,声压级的叠加(分贝的相减),例：为测定某车间中一台机器的噪声大小，从声级计上测得声级为104dB,当机器停止工作，测得背景噪声为100dB，求该机器噪声的实际大小。解：设有背景噪声时测得的噪声为LP，背景噪声为LP1，机器实际噪声级为LP2由题意可知LP-LP1=4dB从图7-2中可查得LP=2.2dB,因此该机器的实际噪声声级为：LP2=LP-LP=104dB-2.2dB=101.8dB,计权网络,计权网络实际上是一种电子滤波线路，是按照等响曲线所表示的人耳对声音频率的响应而设计的。在声级计中一般都设计了A、B、C三条计权网络，C计权网络是模拟等响曲线中100phon曲线而设计的。B计权网络是对应模拟等响曲线中70phon曲线，A计权网络是模拟等响曲线中40phon曲线而设计的，它对1000Hz以下的声音有较大的衰减。用A计权网络测量出来的噪声强度，与人耳对噪声的主观感觉比较接近，它也与人耳听力损伤程度相对应，A声级的单位记作dB（A）或dBA。A声级在噪声测量和评价中应用最为广泛。,等响曲线,A声级的计算,在噪声测量中经常需要由倍频带或1/3倍频带声压级计算A声级，可用计权网络数据进行声级叠加方法计算：,Lp-A声级，dB（A）-第i个频带的声压级，dB-第i个频带的A计权网络修正值，dB,A声级的计算,例：某人一天工作8小时，其中4小时在90dB的噪声下工作，3小时在的85dB噪声下工作，1小时在80dB噪声下工作，计算等效连续A声级。,人们在夜间对噪声比较敏感，近年来在等效连续A声级的基础上又提出了昼夜等效A声级的概念来评价环境噪声。对于夜里22时起到次日晨6时之间的声压级，作了附加10dB的处理。昼夜等效A声级可以表示为,消声器质量特性,消声器设计要素,排气系统-初步设计:汽车排气消声器是一种高温、高速的脉动气流噪声，当发动机工作时，气缸内的废气随排气口间断开闭而周期性地喷射到排气管内,它的声源非常复杂。在系统设计时有如下要素需要考虑：,消声器设计过程,排气系统噪声源,尾管空气噪声振动噪声辐射噪声机械噪声,消声器的初步设计,排气管初步设计,为了降低消声器的阻力损失和气流再生噪声，保证消声器正常工作，必须降低消声器和管道中的气体流速。对于汽车排气消声器中的气体流动速度，一般气流速度控制在50-60m/S之间。可根据发动机排量初步计算确定排气管直径。,管径与排气噪声关系,消声器安装位置初步设计,消声器安装位置越靠近发动机消声效果越好，但是通常在发动机附近由於受到空间的限制，很难安装消声器，所以消声器通常安装得比较靠后。对于二级消声器，通常前置消声器安装位置要求尽可能靠近发动机排气口。,消声器容积的初步设计,消声器容积与排气系统插入损失之间的关系,消声器容积升,(,),通常讲，消声器容积越大，消声效果越好。排气噪声的大小很大程度上取决于消声器容积。要达到理想的消声效果，消声器容积至少要是发动机气缸体积的10倍至20倍，前置消声器容积达到发动机气缸体积的两倍以上。消声器容积=前置消声器容积+后置消声器容积,消声器容积推荐公式,柴油机设计手册介绍的公式：,其中：n-发动机转速；t-冲程数；i-气缸数；vh-单缸排量（L）；k-系数，取1000-5000,美国某公司推荐公式：,n-发动机转速；T-冲程；N-气缸数；Vh-发动机排量；Q-系数；取5-6,英国某公司推荐公式：,n-发动机转速；Vh-发动机排量；i-气缸数,消声器长径比设计,当消声器容积保持不变时，只改变其内径与长度，L/D越小，空腔越扁，截面积的扩张比m越大，最大衰减量也随之增大，但消声频率范围变得很窄。经验推荐值：3L/D28dB(A)功率比损失:8%排气背压:26.7KPa(200mmHg)消声器寿命轿车消声器使用80000Km或2年,其插入损失不得减少6dB(A)以上,功率损失比不得增加3%以上.,消声器传递损失试验,图2.3传递损失测量图,传递损失没有包括声源和管道终结端的声学特性，它只与自身的结构有关。在评价单个消声元件的消声效果或者初步评估系统的消声性能时，通常用传递损失。传递损失是评价消声元件消声效果最简单的一种方法。,消声器插入损失试验,消声器插入损失：装置在消声器以前与装置消声器以后相比较,管口辐射噪声的声功率级的降低量在消声未端测量,单位为:分贝（A）。静态插入损失动态模拟损失损失发动机台架插入损失,绿创发动机台架实验室,绿创半消声室,绿创消声器实验室,插入损失测量方法,绿创混响室,气流动力室,传递损失与插入损失区别,传递损失只考虑消声元件本身不同，插入损失是考虑一个系统。也就是说除了消声元件本身外，插入损失还包括了声源和出声口(排气尾管)的声学特征，因此这种方法是描述整个系统消声效果的最佳表达方式。,汽车定置噪声限值,轿车定置噪声(汽油车)必须小于85dB(A)微型客车必须小于88dB(A)试验条件测量仪器/场地/传声器位置/发动机转速等条件要求.,装车试验验证方案,定置噪声测验,定置噪声数/图对比,定置匀加速对比图,汽车加速行驶车外噪声测量方法,汽车消声器在线检验方法与装置,气密性试验：消声器内相对气压稳定在（1）KPa时，3min钟时间内,排气系统各级消声器漏气量总和不超过100L/min。,汽车消声器在线检验方法与装置,振动耐久性试验：在振动频率为33.3Hz或66.7Hz,振动加速度为43.1m/s2上下左右前后共计8小时,无损坏现象。漏气量比振动前漏气量增加不大于20L/min。,汽车消声器在线检验方法与装置,内压强度试验：给排气消声器用60秒时间加压力时，压力为40水(长度小于500mm010KPa,长度大于500mm时,压力30010KPa),压力稳定30秒,排气消声器各部位应无变形。内压耐久性试验：排气消声器在0985KPa压力范围内连续加减压力水2X1041000次应无破损或变形。气密性试验达到要求，一般为不超过原漏气量的2倍。,抗回火试验：,消声器评价,汽车消声器综合评价指数,单一指标无法衡量汽车消声器的优劣。例如，声学指标包括传输损失，插入损失，壳体声辐射，再生噪声，声品质，有效容积，截面积形状；涉及到空气动力性能的指标有声发射的指向性等等；涉及空间布置的指标有消声器背压阻力，发动机功率损失，对油耗的影响；涉及工艺设计和成本指标有消声器有效重量等等。,汽车消声器综合评价指数,可见，汽车消声器的综合指标，用ZR来表示，至少应为如下多参数函数,其中：IL插入损失（dBA）；V消声器的有效容积（消声