某车型排气消声器的NVH问题排查及设计改进

田静

（江淮汽车股份有限公司技术中心，合肥 230601）

某车型排气消声器的NVH问题排查及设计改进

田静

（江淮汽车股份有限公司技术中心，合肥 230601）

某款车型怠速N挡、D挡车内后排噪声偏高，220 Hz处存在噪声峰值，经排查为排气消声器在220 Hz处传递损失不足引起。通过GT-POWER软件对排气消声器进行建模，分别对腔体的形状、容积、出气管内插管长度、管壁的穿孔数及穿孔率等进行分析，最终找到导致220 Hz处传递损失不足的原因为进出气口端的小孔。取消小孔后220Hz处传递损失大幅提升，车内后排噪声峰值消除。

主题词:排气消声器 NVH 传递损失

1 前言

汽车排气系统的作用是尽可能减小排气阻力和噪声，将气缸内的废气排到大气中。排气有一定的能量，且由于排气的间歇性，在排气管内引起排气压力的脉动。而排气消声器的作用就是通过逐渐降低排气压力和衰减排气压力脉动来消减排气噪声[1]。所以，排气系统尤其是排气消声器的设计、问题排查及改进在整车NVH中尤为重要。

2 排气消声器NVH问题的出现及原因排查

2.1 NVH问题的出现

本公司某款自动挡车型在开发过程中怠速N挡、D挡车内噪声偏大，其中25 Hz、50 Hz、75 Hz及后排的220 Hz均存在噪声峰值（见图1），所测噪声为后排右乘员内耳噪声。

图1 该车型怠速N挡、D挡车内噪声数据

2.2 NVH问题的排查

25 Hz、50 Hz、75 Hz对应发动机的2阶、4阶、6阶振动，经排查为发动机前后悬置引起。后排的220 Hz噪声峰值通过排气口接大消声器排查后，车内后排噪声下降1～3 dB（A），220 Hz峰值处噪声下降15 dB（A），由此判断车内后排的220 Hz噪声峰值为排气消声器引起。排气口接大消声器前、后车内后排噪声如图2所示。

图2 排气口接大消声器前、后车内后排噪声

3 排气消声器的改进

通过用GT-POWER软件对排气消声器建模，模型如图3所示。对模型进行传递损失分析，结果如图4所示。可知，排气消声器在220 Hz附近传递损失较低，仅为18 dB，不满足大于20 dB的一般设计要求，从而导致车辆后排在220 Hz左右出现噪声峰值。

图3 排气消声器GT-POWER模型

图4 排气消声器传递损失分析

排气消声器的改进一般从消声器截面形状、隔板位置、腔体长度、容积大小、内插管长度、穿孔孔径、穿孔率、吸声材料的特性（吸音棉密度）等方面考虑。

3.1 消声器腔体形状、容积分析

由于目前220 Hz噪声问题主要体现在中低频，消声器中低频噪声主要依靠抗性消声原件进行消除[2]。对原消声器内部流动空间进行建模分析，去掉进出气管路上两段阻性玻璃纤维，其模型如图5所示。对消声器3个腔体拆解并分别计算传递损失，以查找造成220 Hz处传递损失较低的原因，拆分后3个腔体模型及传递损失如图6和图7所示。经过建模分析，3个抗性消声器壳体在220 Hz左右并无通过频率，传递损失满足设计要求。由此可见，排气消声器的3个腔体的形状、容积比较合理，并不是产生220 Hz噪声峰值的原因。

图5 阻性玻璃纤维去掉后消声器模型

图6 消声器3个腔体模型

图7 排气消声器壳体拆分后的传递损失分析

3.2 消声器内插管长度分析

对于赫姆霍兹消声器，传递损失最大值所对应的频率会随着连接管的长度增加而减小[3]，因此调整壳体1内的出气管内插管长度，延长200 mm，其模型如图8所示。内插管长度延长后经过CAE分析，其峰值并没有移频向低频，220 Hz附近的传递损失仍然较低，并无改善，传递损失分析如图9所示。

3.3 消声器穿孔数分析

穿孔消声器的传递损失及频率与穿孔的直径和面积有关，如果孔的直径非常小（一般要求小孔孔心距为孔径的5倍以上，各孔间的声辐射互不干涉），则穿孔消声器就相当于一个赫姆霍兹消声器，这些小孔相当于赫姆霍兹消声器中的连接管。如果小孔的面积较大，其功能就是一个扩张消声器。目前消声器壳体2中的穿孔孔径为8 mm，孔数38，穿孔率约为38%，可以近似看成扩张腔。调整消声器壳体2中穿孔数及其排列（图10），更改孔数为20，穿孔率为25%，发现860 Hz处的峰值消失，但是220 Hz处的较低传递损失并未发生移频（图11），可见调整穿孔数对于改进220 Hz处的传递损失亦无改善（传递损失分析在出气管内插管延长基础上进行，对结论无影响）。

图8 延长内插管长度后模型

图9 延长内插管后消声器的传递损失分析

图10 调整穿孔数及排列后壳体2模型

图11 调整穿孔数后消声器的传递损失分析

3.4 消声器进出气口开孔通过声分析

通过以上对抗性消声元件的改进分析，220 Hz处的传递损失并无改进，考虑220 Hz噪声可能为排气消声器通过声，因此去除消声器进出气口两端的开孔，模型如图12所示。去除开孔后消声器的传递损失分析如图13所示。可知，220 Hz处的传递损失大幅提升，而其它频率的传递损失变化不大。由此确认220 Hz处的噪声为排气消声器的通过声。制作改进后的排气消声器样件并装车测试验证，经测试得到去除排气消声器两端开孔后怠速N挡、D挡车内后排噪声如图14所示。可知，安装去除进出气口两端开孔的消声器后，怠速N挡时车内后排噪声下降1.2 dB（A），220 Hz处噪声峰值下降4.4 dB（A）；怠速D挡车内后排噪声下降3.2 dB（A），220 Hz处噪声峰值下降7.2 dB（A）。通常消声器进出气管管子过长可能产生气柱共振而产生噪声，开孔可以避免该问题，而文中车型取消两端开孔后并未产生气柱共振，最终采用此改进方案。

图12 去除进出气口两端开孔后模型

图13 去除开孔后消声器的传递损失分析

图14 去除开孔后怠速N挡、D挡车内后排噪声

4 结束语

针对某车型排气消声器在220 Hz附近传递损失不足而引起怠速N挡、D挡车内后排噪声偏高的问题进行研究。通过GT-POWER软件对排气消声器进行建模，分别对腔体的形状、容积大小、出气管内插管长度、管壁的穿孔数及穿孔率等进行分析，最终找到导致220 Hz处传递损失不足的原因为进出气口端的小孔使消声器产生通过声。取消小孔后，220 Hz附近传递损失大幅提升，车内后排噪声峰值消除。

1 陈家瑞.汽车构造（上册）.北京：机械工业出版社，2009.

2 庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动：理论与应用.北京理工大学出版社，2006.

3 李洪亮，王务林，王太勇.汽车排气消声器的降噪优化设计.噪声与振动控制，2007（3）：89～92．

4 陈永新，陈剑，饶建渊.汽车排气消声器的消声性能研究.汽车工程，2009（4）：381～384．

（责任编辑 晨 曦）

修改稿收到日期为2016年5月1日。

NVH Troubleshooting and Design Improvement of a Vehicle’s Exhaust Muffler

Tian Jing
（Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei 230601）

The exhaust noise of rear seat of an idling vehicle at Neutral and Drive was high,there was a noise peak at 220 Hz,after troubleshooting,it was found the noise was caused by insufficient transmission loss of exhaust muffler at 220 Hz.The exhaust muffler was modeled using GT-POWER software,in which the cavity’s shape,volume,length of outlet pipe’s internal intubation,perforation number and perforation rate of tube wall were analyzed separately,and it was found low transmission loss at 220 Hz was caused by the small holes on the inlet and outlet.After the cancellation of the small holes,transmission loss at 220 Hz increased significantly,and the noise peak at the rear seat was eliminated.

Exhaust muffler,NVH,Transmission loss

U461.4

A

1000-3703（2016）11-0005-03