汽车排气管消声净化器的创新设计

于志冬 吕学峰

【摘 要】汽车工业发达的欧美地区在设计新车型时，将噪声控制技术与相关理论有机融合到整个设计环节内，包括概念化设计和优化重组等，且自始至终都将如何提升汽车Noise Vibration Harshness性能作为自身职责。汽车噪声控制技术于新车设计的应用，其重点内容在于按照既定逻辑和规范化流程按部就班的遵循和执行。下文，主要针对汽车排气管消声净化器的创新设计展开深入浅出的讨论与分析。

【关键词】汽车排气管；消声净化器；创新

引言

当今，汽车工业已成为我国国民经济的重要支柱，近三十年取得了辉煌的发展，全世界大型汽车集团均看好极具潜力和发展前景的中国市场。改革开放以来，我国汽车工业迅猛发展，根据国家统计局统计材料显示，我国目前汽车保有量突破一亿大关，从本世纪零六年到一零年的五年之间，新注册牌号的汽车约有5000万辆，按此趋势下去，今后10年有望增加1亿辆汽车。

1、汽车排气管消声器的设计原理

为从本质上提升Noise Vibration Harshness发展分析技术置信度的水平，必须要从基层理论与可行方法两个方面实现实质性突破，同时作为未来发展Noise Vibration Harshness方针分析技术的一项重要趋向。在此方面能够体现的主要有四点：① 融合多类学科技术，多类学科的有机融合应该涉及到汽车的整车结构设计和基本组成元件等，广泛吸收声学基本理论、振动设计理论和驱动力学等，实现他们之间的有机对比和耦合联系，构建多种学科有机融合的Noise Vibration Harshness仿真分析数学模型，同时深入拓展涉及汽车研发领域CAE工程系统；②混合化仿真，面对仿真分析构建与之相应的数学模型，然后完成运算、求解和复核修正等程序，确立Noise Vibration Harshness仿真分析與试验论证的正确交互方法，然后重新构建糅合仿真分析与试验论证的汽车Noise Vibration Harshness混合数学模型，以此真正研发与之匹配的应用程序和辅助系统；③仿真分析的输入条件，仿真分析的输入条件大致可以确定为动力学理论支持的输入识别系统，再加之引入试验模态分析与KBE技术手段，然后采取相对较为便捷的设计试验便能快速求得仿真分析的输入条件。这样做的好处在于，整个运算过程的精确度能够得到保障，也能够有效缓解仿真分析基本数据不完整引起的各种矛盾情况；④存在多项不确定的影响因素，从汽车噪声控制系统方面来看，汽车内在结构、噪声控制性能和使用条件都被视为不确定的影响因素，它们都将对Noise Vibration Harshness的性能造成不可预估的影响。我们将以预估不确定的影响因素为前提背景来确定仿真分析的置信度，由此制定出与之相关的评估细则。因此，本文设计一个内置的消声器，低温等离子体在降噪的同时可以在柴油机排气微粒净化氮氧化物和其他有害成分，考虑柴油机排气背压对柴油机的性能有很大的影响，应该研究消声器的空气动力性能，检查是否满足要求的柴油发动机背压。然后优化结构的设计，达到最优性能。

2、目前汽车排气管消声净化器的缺陷

有些另外加装了三元催化净化器的车辆，因净化器消耗了贵金属和稀有金属则价格昂贵，且活化物易堵塞，不易再生导致成本增加。尾气没有回收利用，资源损失，又破坏环境，没有经济效益。而且排气管容易积水、生锈、结冰，给人们的驾驶带来不便。

3、对汽车排气管消声净化器的设计分析

3.1、新型组合式汽车排气管消声净化器的结构

第一部分为消声降噪，提供二次氧化氧气、蹄分尾气及吸附过滤气中的有害成分，其主要为物理反应。第二部分为三元催化及机电一体自动化控制部分。第三部分主要为化学反应将净化后的汽车尾气及温室气体转化为不会破坏大气中臭氧层的新鲜空气，并且可以回收成为工业原料达到节能减排保护自然环境的目的。第四部分为辅助、旁通系统，视各种车型和工作需求而配置。第五部分为可拆卸式环保材料个性彩色排气管。

3.2、新型组合式汽车排气管消声净化器的优点

目前，现有的消声器多采用尾气多次膨胀换向运动，降低温度，减少功能，并通过消声材料吸声将低噪声强度。尾气能量消耗没有做功，没有净化。有些另外加装了三元催化净化器的车辆，因净化器消耗了贵金属和稀有金属则价格昂贵，且活化物易堵塞，不易再生导致成本增加。尾气没有回收利用，资源损失，又破坏环境，没有经济效益。新型组合式汽车排气管消声净化器即可降低汽车噪声，又可以净化尾气。该产品结构简洁、方便实用、成本低廉、个性十足。采用了一种完全不同的消声净化原理，集消声、净化、降温等功能于一体，有效地降低了汽车产生的噪声污染和尾气污染。打破了传统消声器的制造工艺，可釆用铸造或焊接等多种方法制造。材料选用范围增大，避免了大量使用贵金属和稀有金属。适用范围广，尤其适用于噪音大、污染严重的各种中、低档汽车、柴油车，包括目前对城市污染严重的各种中小型客车。可拆卸式环保材料个性彩色排气管，排除了排气管被腐烛更换不便的烦恼。

3.3、新型组合式汽车排气管消声净化器旳工作原理

新型组合式汽车排气管消声净化器的工作原理：当汽车启动、开启点火开关时，电动机瞬间接电带动主轴旋转做功。汽车行驶过程中，各传感器进行相应温度、压力及烟浓度的检测，并通过电子计算机执行相应指令。例如第一温度传感器检测温度过高，第一温度传感器指示灯灯亮，为保护三元催化活性物质不被烧结，电子计算机指示旁通阀门幵启，过热气体从旁路系统排出，降低了温度，使系统又正常运转并关闭旁通阀。三元催化器活性物质不工作，则电子计算机电脑控制金属电阻丝接电加热，使尾气温度上升到标准范围，系统又正常运作。当烟浓度传感器检测到陶瓷、金属电阻丝过滤片捕集碳烟颗粒浓度达到一定浓度值时，烟感传感器发出警报通过电脑发出指令，电子计算机控制浓度过高指示灯亮，同时控制金属电阻丝接电加热将温度提高到“燃点”，将颗粒烧掉。当第一压力传感器、第二压力传感器检测到的压力数值差值在设定范围内，表明三元催化器工作正常，管路畅通，管路阻塞指示灯不亮，否则，表明管路阻塞，管路阻塞指示灯亮，如完全阻塞则旁路系统开放，表示需对三元催化器进行更换修理。

通过前吸附过滤器、三元催化器两大部分的净化处理后即可满足排发达标。排放达标的尾气进入储液箱，尾气在储液箱过滤管内和臭氧空气进一步混合可以消杀尾气中的有毒物质，而温室气体在储液箱内和碱性物质进一步发生化学反应生成无公害物质，达到节能减排的目的。以上就是新型组合式汽车排气管消声净化器的机械原理的介绍。

结束语

汽车设计与加工领域我们能够涉及的问题必然错综复杂，老问题的解决不代表新问题不会出现，很多不可预期的问题我们也不能及时作出理论解释和技术弥补，也就是说，汽车噪声控制及尾气处理等技术研发领域在一定界度内，仍未被发达国家形成完全的技术垄断格局，因此我们仍需继续研究与创新，使我国的汽车工业更上一层楼。

参考文献：

[1] 朱广平.汽车排气管性能的声学有限元分析与实验研究[D].东北大学，2015.

[2] 肖颖.新型组合式汽车排气管消声净化器设计[D].南昌大学，2012.

[3] 汽车排气管消声器总成[J].中国环保产业，1997（01）：42-43.

（作者单位：长城汽车股份有限公司）