GT -POWER 在内燃机排气消声器设计中的应用
谢田峰,金国栋,钟绍华
(华中科技大学机械学院,湖北武汉430074)
摘要:介绍一种新的模拟软件,可对两者进行综合预测,该软件基于一维流体动力学的假设。为了便于用户设计复杂的消声器,该软件提供了绘图的处理程序。通过绘图程序中提供的消声器基本元件库,用户可以轻松地创建复杂消声器模型。将简单模型的模拟结果与试验结果相比较,可见模拟软件具有良好的预测性能。由此可得出结论,应用计算机对发动机及消声器进行模拟,不仅能预测消声器特性,还能反应出不同结构消声器对发动机性能的影响。
关键词:GT -POWER ;排气消声器;模拟
中图分类号:TK 413147 文献标识码:A 文章编号:1000-6494(2003)01-0012-03
Application of GT -POWER in Design of Exhaust Muffler for
Internal Combustion Engine
XIE Tian -feng ,J IN Guo -dong ,ZHON G Shao -hua
(College of Mechanical Engineering Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074,China )Abstract :With the computer simulation of exhaust mufflers and engines ,the influence of mufflers on engine performance as well as exhaust noise can be predicted.This paper describes a new simulation software developed for such coupled simu 2lations ,which bases on the assumption of a one -dimensional fluid dynamics.To help users in design of muffler with com 2plex geometry ,an easy -to -use graphical preprocessor is provided ,with which the user builds a model representation of muffler using a library of basic elements.A comparison of simulation result and experiment result shows that the predic 2tions give good results.
K ey w ords :GT -POWER ;exhaust muffler ;simulation
作者简介:谢田峰(1975-),男,硕士,主要研究方向:
汽车节能与净化。
收稿日期:2002-09-17
在汽车噪声中,排气噪声是主要的噪声源。在日益严格的噪声污染控制法规下,消声器的性能越来越引起人们的关注。传统的消声器设计法存在着两点不足:实验周期长,人力物力消耗严重但仍不能取得好的效果,不能适应企业现代化、市场化及开发周期最小化的需要;设计时常常把消声器的消声性能和发动机的性能相互孤立地考虑,以至于很难找到两者的最佳结合点。随着计算机软件技术的迅猛发展及其在工程中的广泛应用,发动机性能仿真技术也得到了快速发展并日渐成熟。GT -POWER (GT -SU ITE 的一部分)就是其中优秀的仿真软件之一。GT -POWER 软件系统在消声器开发中的应用使其与发动机性能相互影响的问题得到了综合
解决,更加顾及全局的效果,减少了问题孤立化带来的困扰,并且大大缩短了产品的开发周期,减少了人力、财力、物力的浪费,提高了企业的竞争力。
1 发动机模型的建立
GT -POWER 所应用的是一维流体假设的动
力学模型,它综合了发动机性能的分析代码,并几乎包含了发动机所有关键工况的细节模型,可以较完整地模拟发动机不同工况的性能变化。整个系统被划分为许多小的控制单元体,单元体上又划分成许多相互交错的网格,网格是系统进行运算估值的基本单元。也就是说所有的标量(压力、温度等)都以单元体的中心为计算标准,而所有的向量(速度、物质流量)皆以单元体的边缘为计算标准,系统内部划分的单元体也是如此。形状各异的气体通道皆可转化为功能相当的标准管件,最后形成发动机的管网化的模型,用于对发动机进行仿真。
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21?设计?研究
内燃机 2003年第1期
本次试验模型是依据奥迪V6发动机提供的发动机的系统参数建立起来的。用来检测GT-POW2 ER对抗性、阻性消声器消声性能预测的可靠性。
2 消声器模型的建立
消声器内部穿孔管的存在使消声器管网化具有相当大的难度和复杂性,不过GT-POWER拥有专门的消声器设计系统,使复杂问题简单化。
不同的车辆所提供的安装空间不同,所以对消声器壳体外形尺寸的要求也不尽相同。GT-POWER拥有用于设计消声器壳体外形的二维图,可以对消声器的前端及后端流通平面的形状进行设计,每个设计模板由一个圆均分的40个点阵组成,用户可以根据需要在径向方向上调整40个点的位置,来改变壳体的形状,设计者可以根据需要便捷地设计出壳体形状。
在消声器壳体中填充管子和其他部件才能生成完整的消声器。GT-POWER提供了一个包含消声器零件库的二维绘图区,零件库包括:隔板、消声器壳体、直管、弯管、穿孔管、穿孔板等,还包括吸声材料,使消声器的制作十分的便捷。GT-POWER 提供了正视图及左视图两种视图模式,设计者可以根据两个视角,方便地按工程图的方式填充零件。
绘制完二维图后可以把模型直接转化为三维图,并可以用方向键对三维图进行旋转等操作,由于壳体是透明的,设计者可以清晰地比较是不是自己所希望的内部布置,并可回到二维加以改正。
最主要的步骤是把设计的二维消声器模型网管化,设计完二维模型后,将其转化为3.dat文件,并在GT-ISE中导入便可生成连通的网管,这就是GT-POWER所需要的网管模型。
所生成的二维图还可以转化成三维图,便于对设计的消声器有更加直观的认识,更重要的是它可以直接转化为管网化的模型,大大减少了消声器模型制作的工作量。直观与方便地设计消声器模块是GT-POWER的特色之一
。
本实验的消声器是一个同轴的圆柱型共振腔消声器,外管
(消声器壳体)直径156mm,长度为480 mm,中心管(穿孔管)上有2880个直径为3.5mm 的圆孔。在此安装有两个传感器,一个位于共振腔前端180mm处,一个位于共振腔后端180mm处。本实验在1000～6500r/min较宽的转速范围内进行。本实验有两组试验数据,一种是共振空腔,一种是填有密度为120g/L的吸声羊毛材料。把得到的消声器模块、发动机模块链接起来得到仿真模型,用该模型进行仿真测试。3 其他模型的建立
影响排气噪声的因素很多,对关键的影响因素, GT-POWER都提供了相关的模型:燃烧模型(包括用户自定义的燃烧模型、weibe函数、柴油机及涡轮增压)、热传导模型、发动机传动及负载模型等,适于对任何细节发动机工况进行模拟,提高对发动机性能及不同工况下消声器消声性能的预测。
4 仿真结果及分析
4.1 空腔共振消声器的仿真预测结果
前端的传感器仿真值与测量结果基本一致,见图1;后端的仿真值与测量图结果除了1/3倍频程的高速状况外基本吻合,见图2。但对高速噪声变化趋势的预测还是较为准确的。
图1 前端传感器仿真预测结果
图2 后端传感器仿真预测结果
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设计?研究
内燃机 2003年第1期
该消声器模型主要是针对在内燃机排气系统中
常用的阻性消声器,来验证GT -POWER 对阻性消声性能的模拟效果,阻性消声器结构主要包括共振室和膨胀腔。共振室的特点是它对频率较敏感,即对不同频率的噪声有较强的选择性;膨胀腔主要影响消声器的消声频率范围。通过对两者的调节使消声的消声频带更具有针对性。4.2 装有吸声材料的共振消声器的仿真预测结果
前端传感器的仿真预测值与空腔共振消声器的前端传感器的仿真预测值基本一致,后端传感器的预测值在1/3频程与实测值基本吻合,见图3。从模型仿真的预测结果看,GT -POWER
关于消声器设计部分的预测基本准确,尤其是各项参数的高低变化趋势完全吻合,可以替代台架试验进行对消声器性能的预测。
工程应用条件下,用计算机模拟方法进行计算
图3 后端传感器在1/3频程预测值与实测值比较
分析,可根据输出结果修改原方案,重新计算,达到满意为止。模拟系统有多种方案可供选择,对结构、管道尺寸、孔板流通面接、穿孔管孔径等稍做调整便可形成不同的方案,再根据结果比较分析,综合考虑,即可得出较优的最终方案。
5 结论
a.GT -POWER 具有良好的发动机模拟性能,
在消声器设计满足降噪要求的同时兼顾发动机性能,对满足日益严格的汽车噪声污染控制标准具有重要意义。
b.对消声器设计者来说,GT -POWER 所提供的专门的消声器设计模块使设计更加直观和便捷。
c.消声器模块良好的预测性能必将减少消声器试验的重复性及复杂性,对设计的智能化及低耗高效有着重要的实用价值。
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(上接第11页)
标已达到了欧洲Ⅱ号重型车用发动机排放标准。另外,燃用压缩天然气后,发动机工作较柴油机稳定,工作噪声大大降低。
5 结论
实验结果表明,发动机的燃气量采用理论空燃
比控制与稀燃控制相比,燃气量充足,发动机的动力性得到了保证,动力性下降不超过15%。运用电控多点顺序喷射技术控制燃气喷射量和点火提前角,通过闭环控制将空燃比控制在理论空燃比附近,采用三元催化器对尾气进行后处理,发动机的排放性能得到明显改善,排放达到了欧Ⅱ排放标准。电控
系统为发动机控制提供了丰富的控制手段,改善了发动机的多项性能。
〔参考文献〕
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41?设计?研究
内燃机 2003年第1期
J4.1SM0001 1/8 秦山核电二期扩建工程 消声器设计说明书 河南核净洁净技术有限公司
目录 1 总则 (3) 2 设计条件 (3) 2.1 依据文件 (3) 2.2 设计遵循规范、标准 (3) 3 设备设计主要技术参数 (3) 3.1 设备运行环境条件 (3) 3.2 设备主要技术参数 (3) 3.3 设备设计寿命 (4) 3.4 设备承受载荷 (4) 4 设备设计 (4) 4.1 设计原则 (4) 4.2 材料的选择 (4) 4.3 结构设计 (4)
1 总则 本设计说明书是根据秦山二期扩建工程DVD系统消声器设备订货合同及技术 协议书规定编写，适用于秦山核电二期扩建工程3、4 号机组DVD系统消声器设备的设计说明。 2 设计条件 2.1 依据文件 2.1.1 秦山核电二期扩建工程《DVD系统消声器设备订货合同》及技术协议书 2.1.2 秦山核电二期扩建工程《DVD系统消声器设备技术规格书》(核工业第二研究设计院编制,文件编号:0401G0008 A版)。 2.2 设计遵循规范、标准 RCC-M 压水堆核电厂核岛机械设备设计和制造规则 ANSI/ASME N509， Nuclear power plant Air Cleaning unit and Component. ANSI/ASME N510， Testing of nuclear air treatment system ANSI/ASME AG-1 Code on Nuclear Air and Gas Treatment ERDA-76-21 空气净化手册 HAF003 核电厂质量保证安全规定。 GB50243-2002 通风与空调工程施工质量验收规范 GB50019-2003 采暖通风与空气调节设计规范 GB/T 13384 机电产品包装通用技术条件 GB/T 191 包装储运图示标志 GB/T 13306 标牌 3 设备设计主要技术参数 3.1 设备运行环境条件 春季潮湿多雨，夏季炎热，多台风暴雨，秋冬季干燥。地处海边，空气中含盐份，腐蚀性强。室温控制范围：0℃～50℃，大气压力：1006.58～1025.25mbar,年平均相对湿度为81％, 年平均降雨量1494.5mm。 3.2 设备主要技术参数 设备主要技术参数见表1。
Q/CC 汽车排气消声器技术条件 Automotive exhaust muffler technology specification xx汽车股份有限公司发布
目次 前言................................................................................. II 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 术语 (1) 4 技术要求 (2) 5 试验方法 (3) 6 检验规则 (6) 7 标志、包装、运输、贮存、质量保证 (7)
前言 本标准是对Q/CC JT003—2006《汽车排气消声器技术条件》的修订。 本标准修订过程中主要参考了QC/T 631-1999 《汽车排气消声器性能技术条件》和QC/T 630-1999 《汽车排气消声器性能试验方法》这两个行业标准，同时也参考了日本等主要汽车生产国的最新相关标准制定的。 本标准与Q/CC JT003—2006相比，主要变化如下： ----删除了“4 技术要求”中的抗回火性能、防火要求等项； ----删除了“4 技术要求”中的加速行驶试验； ----增加了“5 试验方法”中详细的试验步骤； ----增加了“5 试验方法”中有关填充纤维材料的消声系统或部件的附加技术条件； ----增加了“8 质量保证”。 本标准自实施之日起，代替Q/CC JT003—2006。 本标准的附录A是资料性附录。 本标准由xx汽车股份有限公司技术研究院提出。 本标准由xx汽车股份有限公司技术研究院标准化科归口。 本标准起草单位：xx汽车股份有限公司技术研究院开发中心、K平台部。 本标准主要起草人：曾雷、马立辉。
排气消声系统设计技术规范 目录 一、主题与适用范围 1、主题 2 、适用范围 二、排气消声系统的总称说明及功用 三、设计应用 1 、设计规则和输入 2 、设计参数的设定 2.1 尺寸及重量 2.2 排气背压 2.3 功率损失比
2.4 净化效率 2.5 加速行驶车外噪声 2.6 插入损失及传递函数 2.6.1 插入损失 2.6.2 传递函数 2.7 尾管噪声 2.8 定置噪声 2.9 振动 3 、系统及零部件的设计
3.1 系统布置 3.1.1 布置原则 3.1.2 间隙要求 3.1.3 吊钩位置的选取 3.1.4 氧传感器孔的布置 3.2 消声器的容积确定 3.3 排气管径的选取 3.4 消声器 3.4.1 消声器的截面形状 3.4.2 消声器内部结构 3.5 补偿器 3.5.1 波纹管 3.5.2 球形连接 3.6 橡胶吊环 3.7 隔热部件 3.8 材料选择 3.8.1 排气管、消声器内组件 3.8.2 消声器外壳体四、参考文献列表
一、主题与适用范围 1、主题: 本指南规定了与汽车发动机相匹配的排气消声系统的系统匹配，零部件设计。 2、适用范围: 本指南适用于装汽油M1 、N1 类车的排气消声系统设计。 二、排气消声系统的总成说明及功用 排气系统包括排气歧管、排气管、排气净化装置、排气消声装置、隔热部件、弹性吊块等。一般地，排气系统具有以下一些功用： (1) 引导发动机排气，使各缸废气顺畅的排出； (2) 由于排气门的开闭与活塞往复运动的影响，排气气流呈脉动形式，排气门打开时存在一定的压力，具有一定的能量，气体排出时会产生强烈的排气噪声，气体和声波在管道中摩擦也会产生噪声,因此在排气系统装有排气消声器来降低
车辆排气系统设计规范
车辆排气系统设计规范 1、目的 随着环保法规对车辆排放的要求越来越高，排气系统在车辆的系统组成和系统设计中，越来越占有重要的地位。为使排气系统满足各阶段国家及地方法规的要求，提高对排气系统的设计和制造质量水平，需对车辆的排气系统的设计提出较规范的要求，以便在设计和制造过程中，参照执行。 2、设计规范 2.1 排气系统及消声器的设计输入 2.1.1 车辆产品的排气系统的配置和走向，依所配车辆的总体结构布置的需要来设计。而消声器的性能开发则需要依所配发动机及其对排气系统的具体要求。在初步设计选型时，应将发动机的有关性能参数及其上的关键件的基准要素等（如曲轴箱后端面与曲轴主轴线的交点坐标、动力线偏移量及倾角等），作为设计条件输入设计，作为消声器选型及性能开发的依据之一。并根据国家、地方及企业有关法规和标准的要求，对系统和消声器的性能设计目标提出要求，见附录1。 2.1.2 排气系统及其消声器在进行初步选型设计时，必须对系统进行结构方案分析和匹配计算分析，并提供选型设计分析报告，见附录2。 2.2 设计原则 2.2.1 排气系统及其消声器的设计，应使排气阻力尽可能的小，以使其对发动机的功率损失尽可能小。 2.2.2 排气系统及其消声器要有较好的音质和较低的音强，即应有较大的插入损失。 2.2.3 排气系统及其消声器要有较好的外观和内在质量及较长的使用寿命。 2.3 排气系统的设计要求和布置 2.3.1 排气管内径的确定在结构布置允许的情况下，排气管内径应尽可能大些，以降低管道内得气流速度，减少气流阻力产生的功率损失和再生噪声。一般应≥发动机排气歧管出口内径。或根据发动机排量等参数，按公式(1) 计算初步确定排气管内径。 D=2 √Q/(πV) (1) 式中：Q—发动机排量；V—气流速度，一般取50~60 m/s 。 2.3.2 排气管的布置和转弯，应使排气尽可能顺畅。管的中心转弯半径一般应≥（1.5~2）D，其折弯成型角应大于90o，以大于120o为宜。整个系统的管道转弯数应尽可能少，一 １
第一部分：柴油机消声器设计原理 一、阻性消声器的原理 阻性消声器是利用吸声材料的吸声作用，使沿管道传播截面积的改变或旁接共振腔等在声传播过程引起声阻抗的改变，产生声能的反射与消耗，从而达到消声目的的消声装置。 其主要原理是利用多孔吸声材料来降低噪声。把吸声材料固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列，就构成了阻性消音器。当声波进入阻性消声器时，一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉，使通过消声器的声波减弱。阻性消音器器就好像电学上的纯电阻电路，吸声材料类似于电阻。因此，人们就把这种消声器称为阻性消声器。阻性消声器对中高频消声效果奸、对低频消声效果较差。 阻性消声器形式种类很多，目前用在机房低噪声工程上的主要由直管式消声器和片式消声器两种。其消声性能主要与通道形式、长度及吸声材料的性能有关。直管式消声器是阻性消声器中最简单的一种。 二、阻性消声器设计技术要点： 2.1、正确合理选择阻性消声器的结构形式 对大风量大尺寸进排风要求场合宜选用片式消声器,对消声量要求较高,风压余量较大的进排风场合宜选用折板式或多室式消声器,对确少安装空间的场合可选用百页式消声器。 2.2、正确选用阻性吸声材料 选择阻性消声器内的多孔吸声材料除了应满足吸声性能要求之外,还应注意防潮、耐湿、耐气流冲刷及净化等工艺要求。通常采用离心玻璃棉和矿棉作为吸声材料，如有净化及防纤维吹出要求，则可采用阻燃聚氨脂声学泡沫塑料，对某些地下工程砖砌风道消声，则可选用膨胀珍珠岩吸声砖作为阻性吸声材料。 2.2.1 合理确定阻性消声器内吸声层的厚度及密度 对于一般阻性直管式及片式消声器的吸声片厚度宜为50~100mm,对于低频噪声成分较多的管道消声,则消声片厚度可取150~200mm,而靠消声器外壳的吸声层厚度一般可取消声片厚度的一半;为减少阻塞比,增加气流通道面积,也可将片式消声器的消声片设计成一半为厚片,一半为薄片。消声片内的离心玻璃棉或矿棉的密度通常应选24~48kg/m3,密度大一些对低频消声有利。而阻燃聚氨脂声学泡沫塑料的密度宜为30~40kg/m3。 2.2.2 合理确定阻性消声器内气流通道的断面尺寸 阻性消声器的断面尺寸对消声器的消声性能及空气动力性能均有直接关系。下表为阻性消声器通道断面尺寸控制值,超过该控制值,消声器将呈高频失效状态。
消声器的设计制造技术 本文论述了微穿孔板声学结构的机理特点及其在吸声、消声及隔声领域的应用，并提供了本安百利辅机厂消声器的产品设计性能、规格以及制造工艺技术，可供专业人员参考。 【关键词】微穿孔板 吸声 消声 喷阻 岩棉 一、 前言 著名的声学专家、科学院院士马大猷教授一九七五年在《中国科学》上发表了独创的《微穿孔板吸声结构的理论和设计》论文。二十多年来，根据马先生的理论，微穿孔板结构得到了迅速发展，并在各个领域广泛应用。我安百利电力辅机厂是把马先生的理论应用于实践的单位之一，生产制造了各种规格的不同类型的消声器，并将小孔喷注和微穿孔板吸声结构成功结合于抗阻型消声器中,并采用不锈钢制造,使消声器不怕水，耐温防火，清洁，无污染，可耐高温，耐腐蚀，能承受高连气流冲击。经过上百家电厂及大型锅炉排汽使用后,在吸声降噪方面已经得到实践经验。被列为重要环保降噪工程单位。 本文重点介绍微穿孔板消声器的设计制造技术,同时概述微穿孔板的加工制造技术。小孔喷注消声器的设计制造请看下一篇 二、 微穿孔板吸声结构： 在板厚小于1.0毫米的薄板上穿以孔径小于1.0毫米的微孔，穿孔率在1～5%之间，后部留有一定的厚度（5～20cm）的空气层，空腔内不填任何吸声材料，这样即构成了微穿孔板吸声结构。常用单层或双层微穿孔板结构形式。微穿孔板吸声结构是一种低声质量、高声阻的共振吸声结构，其性能介于多孔吸声材料和共振吸声结构之间，其吸声频带宽度可优于常规的穿孔板共振吸声结构。研究表明，表征微穿孔板吸声特性的吸声系数和频带宽度，主要由微穿孔板结构的声质量m和声阻r来决定，而这两个因素又与微孔直径d及穿孔率p有关。微穿孔板吸声结构的相对声阻抗Z（以空气的特性阻抗ρC为单位）用式（1）计算： z=r+jwm=jctg(WD/C) （1） 式中： ρ -- 空气密度（公斤/厘米3）； C -- 空气中声速（米/秒）； D -- 腔深（穿孔板与后壁的距离）（毫米）； m -- 相对声质量； r -- 相对声阻； w -- 角频率，W=2πf(f为频率)； 而r和m分别由式（2）（3）表达： r=atkr/dzp （2） m=(0.294)×10-3tkm/p （3） 式中： t-- 板厚（毫米） d-- 孔径（毫米） p-- 穿孔率（%） kr-- 声阻系数 kr=(1+x2/32)1/2+(2x)1/2/8×d/t km--声质量系数 km=1+(1+(1/(9+(x2/2))))+0.85d/t 其中x=ab f，a和b为常数，对于绝热板a=0.147,b=0.32对于导热板a=0.235，b=0.21。声吸收的角频带宽度，近似地由r/m决定，此值越大，吸声的频带越宽。 r/m=(l/d2)×(kr/km) (4) 式中 l-- 常数，对于金属板l=1140,而隔热板l=500。 上式也可以用式（5）表达 r/m=50f((kr/km)/x2) (5) 而kr/km的近似计算式为 kr/km=0.5＋0.1x＋0.005x2 (6) 利用以上各式就可以从要求的r、m 、f求出微穿孔板吸声结构的x、d、t、p等参量。由于微穿孔板的孔径很小且稀，基声阻r值比普通穿孔板大得多，而声质量m又很小，故吸声频带比普通穿孔板共振吸声结构大得多，一般性能较好的单层或双层微穿孔板吸声结构的吸声频带宽度可以达到6～10个1/3信频程以上。这就是微穿孔板吸声结构最大的特点。
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1. 主题与适用范围 1.1 主题 本指南制订了与汽车发动机相匹配的消声排气系统的开发流程及设计指南； 1.2 适用范围 本指南适用于汽车消声排气系统的设计开发 2. 参考标准和相关文件 QC/T 631—1999 汽车排气消声器技术条件 QC/T 630—1999 汽车排气消声器性能试验方法 QC/T 58—1993 汽车加速行驶车外噪声测量方法 QC/T 10125—1997人造气氛腐蚀试验盐雾试验 3.定义 3.1 排气消声器 排气消声器是具有吸声衬里或特殊形式的气流管道，可有效的降低气流噪声的装置。 3.2 插入损失 消声器的插入损失为装消声器前后，通过排气口辐射的声功率级之差。 3.3 排气背压 按QC/T524设置排气背压测量点，当分别带消声器和带空管时，测点处的相对压力值之差。 3.4 功率损失比 消声器的功率损失比是指发动机在标定的工况下，使用消声器前后的功率差值和没有使用消声器时功率的百分比。 4.开发流程及设计指南 4.1 接受产品开发任务并做好开发前的准备工作 开发之初，需要了解如下信息，作为设计输入： 1、发动机的排量、额定功率、额定扭矩等相关参数； 2、整车底盘走向，空间布局； 3、发动机对排气背压、功率损失比的要求； 4、噪声标准的制定； （1）、插入损失大于35dB； （2）、整车车外加速噪声小于74 dB；
4.2 方案设计 1、消声器的容量设计计算 消声器的容量关系到发动机的功率和扭矩，因此容量的设计将决定整车的动力性。一般地，消声器的容量有如下的计算公式： Ｖm＝k×P Ｖm＝消声器的容量（L） K＝0.14 P＝输出功率(Ps) 2、消声器的位置确定
消音器设计计算书 由于中国当前对消音器的设计, 还没有统一的标准规范能够遵照执行, 大多数厂家均根据自己的经验来设计制作, 且技术又相对保密的。因此本消音器的设计, 经查阅大量资料, 采用科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论, 采用节流降压与小孔消音的原理结合现场实际情况来设计解决环境噪声超标的难题。 消音器的工艺参数为: 蒸汽排放绝对压力: 40 kg/ cm2, 排汽温度: 390℃, 蒸汽比容ρ: 0.0721 m3/ kg, 排汽流量 Q: 8t/h; 噪声达到110dB以上, 要求消音器的噪声小于85dB 的环保要求。 一、设计原理。 复合式小孔喷注消音器是利用节流作用降低小孔喷注前的驻压, 预先消耗部分声能, 再dB与小孔降噪相结合, 达到较高的消声量; 其原理是利用节流降压与小孔喷注两种消声机理, 经过适当结构复合而成的。 1. 小孔喷注消音器 小孔喷注消音器的设计机理是根据科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论, 从发声机理上使它的干扰噪声减少, 由于喷注噪声峰值频率与喷口直径成反比, 若喷口直径变小, 喷口辐射的噪声能量将丛低频移向高频, 于是低频噪声被降低, 高频噪声反而增高, 当孔径小到一定值
( 达到mm级) , 实验表明, 当孔径≤4mm时具有移频作用, 喷注噪声将移到人耳不敏感的频率范围( 听觉最敏感的区域250~5000赫兹) ; 根据这一机理将一个大的喷口改为许多小孔来代替, 便能达到降低可听声的目的。从实用角度考虑, 孔径不能选得过小, 因为过小的孔径不但难于加工, 同时易于堵塞, 影响排汽。一般选用直径1~3mm的小孔为宜。 2.节流降压消音器 节流降压消音器是利用节流降压原理而制成的。根据排汽流量的大小, 适当设计通流截面, 使高压气体经过节流孔板时, 压力都能最大限度地降低到临界值。这样经过多级节流孔板串联, 就能把排空的一次压降分散到若干个小的压降。由于排汽噪声功率与压力降的高次方成正比例, 因此把压力突变排空改为压力在消音器内就逐渐降下来再排空, 这样能使消音器内流速控制在临界流速下, 不致产生激波噪声, 压力在最大限度地降到临界值, 使消音器获得较好的消声效果。同时节流降压后小孔喷注层的驻压大大变小, 小孔喷注层强度设计所需的壁厚也大为减薄, 这样给小孔喷注层的钻孔加工减小难度。 消音器入口处的压力一般是给定的, 当排放压力较高时, 为了取得所需的消声值, 经过几次节流降压, 使汽体进入小孔喷注前的压力由消音器入口处的压力P1按比例降低设计; 一般情况下, 节流降压消音器的各级压力选择为等比级数下降, 设节流孔板级数为n, 临界压力比为q (q＜1) , 可得:
第三章 内燃机的平衡 第一节 概述 内燃机运转时产生往复惯性力，旋转惯性力及反扭矩等，这些力或力矩是曲柄转角的周期性函数。在内燃机一个运转周期中，惯性力及其力矩和反扭知的大小、方向在变化，或大小和方向都在变化，并通过曲柄轴承和机体传给支架，使之产生振动。所以，这些力或力矩就是使内燃机运转不平衡的原因。 静平衡和动平衡 曲柄旋转质量系统，不但要求静平衡，也要求动平衡。 静平衡：质量系统旋转时离心合力等于零，即系统的质心（重心）位于旋转轴线上。 动平衡：质量系统旋转是，旋转惯性力合力等于零，而且合力矩r M 也等于零。 第二节 单缸内燃机的平衡 一、旋转惯性力的平衡 单缸内燃机的总旋转惯性力，包括曲柄不平衡质量和连杆换算到大头处的质量所产生离心力之和。 2ωR m P r r -= 该离心力的作用线与曲柄重合，方向背离曲柄中心，因此，只需在曲柄的对方，装上平衡重，使其所产生的离心力与原有的总旋转惯性力大小相等、方向相反即可将其平衡。 通常平衡重是配置两块，每个曲柄臂上各一块，这样可以使曲柄及轴承的负荷状况较好。所加平衡重的大小B m '为： 2 22ωωR m r m r B B ='' r B B m r R m '='2 B m '——平衡重质量 B r '——平衡重质心与曲轴中心线之间的距离 为了减轻平衡重质量并充分利用曲轴箱空间，可尽量使平衡重的质心远离曲轴中心线。 二、往复惯性力的平衡 一次往复惯性力 αωcos 2R m P j jI -= 二次往复惯性力 αωλ2cos 2R m P j jII -= 令2ωR m C j -
从形式上看，j P 与离心力一样，但这是j m 的往复质量而不是旋转质量。 如果把C 假想看成是一个作用在曲柄上的离心力，则一次往复惯性力jI P ，就相当于该离心力在气缸中心线上的投影。因为这个离心力是假想的，只是形式上相当于一个离心力，故把它作为一次往复惯性力的当量离心力。 现把这个当量离心力的质量分成完全相等的两部分。即各等于 2 j m ，并使一部分内气缸中心线 开始，半径R 的圆上，以向速度顺时针方向旋转，另一部分以同样条件下反时针方向旋转，显然它 们的离心力分为2C 。正转部分离心力作为jI P 的正转矢量，A 1表示。反转部分离心力作为jI P 的反 转矢量，B 1表示。 在活塞位于止点时，此两当量重合于气缸中心线上。在任一曲轴转角时，正转矢量A 1与反转矢量B 1的合矢量都落在气缸中心线上，其方向及大小与一次往复惯性力的方向及大小一致。这是因为A 1、B 1在气缸中心上的投影为 ()jI P C C C B A ==+=-+αααααcos cos 2 cos 2cos cos 11 在垂直于气缸中心线方向，A 1与B 1的投影正好大小相等，方向相反，其和为零。 ()0sin 2 sin 2sin sin 11=-=-+ααααC C B A 同理，二次惯性力正、反转矢量，用A 2、B 2表示。两矢量重合于气缸中心线上，一正、一反，以2倍于曲轴角速度（ω2）旋转。在任一曲轴转角时，A 2＋B 2的矢量合，都落在气缸中心线上，其方向及大小与二次往复惯性力jII P 的方向及大小相同。 用正、反转两个矢量来分析惯性力的作用，是平衡分析中行之有效的一种方法。 一次惯性力jI P 可用两个质量所产生的离心力矢量来代替，所以要想将jI P 全部平衡，只要平衡掉这两个离心力即可。具体的做法是采用两根旋转方向相反的平衡轴。 第三节 单列式多缸内燃机的平衡 多缸机，各缸产生的一、二次往复惯性力却是沿各自气缸中心线，因此是互相平等，且作用在同一平面内（气缸轴线平面）；只是一次惯性力与二次惯性力变化频率不相同。各气缸的旋转惯性力沿各自曲柄方向作用在不同平面内。由于各气缸中心线之间有一距离，因此各缸的往复惯性力，和旋转惯性力对于与曲轴轴线垂直的某一参考平面（一般取通过曲轴中央的平面为参考平面），还将产生力矩，如互相抵消，本身就平衡了，如不能抵消，则是不平衡的。
GT -POWER 在内燃机排气消声器设计中的应用 谢田峰,金国栋,钟绍华 (华中科技大学机械学院,湖北武汉430074) 摘要:介绍一种新的模拟软件,可对两者进行综合预测,该软件基于一维流体动力学的假设。为了便于用户设计复杂的消声器,该软件提供了绘图的处理程序。通过绘图程序中提供的消声器基本元件库,用户可以轻松地创建复杂消声器模型。将简单模型的模拟结果与试验结果相比较,可见模拟软件具有良好的预测性能。由此可得出结论,应用计算机对发动机及消声器进行模拟,不仅能预测消声器特性,还能反应出不同结构消声器对发动机性能的影响。 关键词:GT -POWER ;排气消声器;模拟 中图分类号:TK 413147 文献标识码:A 文章编号:1000-6494(2003)01-0012-03 Application of GT -POWER in Design of Exhaust Muffler for Internal Combustion Engine XIE Tian -feng ,J IN Guo -dong ,ZHON G Shao -hua (College of Mechanical Engineering Huazhong University of Science and Technology ,Wuhan 430074,China )Abstract :With the computer simulation of exhaust mufflers and engines ,the influence of mufflers on engine performance as well as exhaust noise can be predicted.This paper describes a new simulation software developed for such coupled simu 2lations ,which bases on the assumption of a one -dimensional fluid dynamics.To help users in design of muffler with com 2plex geometry ,an easy -to -use graphical preprocessor is provided ,with which the user builds a model representation of muffler using a library of basic elements.A comparison of simulation result and experiment result shows that the predic 2tions give good results. K ey w ords :GT -POWER ;exhaust muffler ;simulation 作者简介:谢田峰(1975-),男,硕士,主要研究方向: 汽车节能与净化。 收稿日期:2002-09-17 在汽车噪声中,排气噪声是主要的噪声源。在日益严格的噪声污染控制法规下,消声器的性能越来越引起人们的关注。传统的消声器设计法存在着两点不足:实验周期长,人力物力消耗严重但仍不能取得好的效果,不能适应企业现代化、市场化及开发周期最小化的需要;设计时常常把消声器的消声性能和发动机的性能相互孤立地考虑,以至于很难找到两者的最佳结合点。随着计算机软件技术的迅猛发展及其在工程中的广泛应用,发动机性能仿真技术也得到了快速发展并日渐成熟。GT -POWER (GT -SU ITE 的一部分)就是其中优秀的仿真软件之一。GT -POWER 软件系统在消声器开发中的应用使其与发动机性能相互影响的问题得到了综合 解决,更加顾及全局的效果,减少了问题孤立化带来的困扰,并且大大缩短了产品的开发周期,减少了人力、财力、物力的浪费,提高了企业的竞争力。 1 发动机模型的建立 GT -POWER 所应用的是一维流体假设的动 力学模型,它综合了发动机性能的分析代码,并几乎包含了发动机所有关键工况的细节模型,可以较完整地模拟发动机不同工况的性能变化。整个系统被划分为许多小的控制单元体,单元体上又划分成许多相互交错的网格,网格是系统进行运算估值的基本单元。也就是说所有的标量(压力、温度等)都以单元体的中心为计算标准,而所有的向量(速度、物质流量)皆以单元体的边缘为计算标准,系统内部划分的单元体也是如此。形状各异的气体通道皆可转化为功能相当的标准管件,最后形成发动机的管网化的模型,用于对发动机进行仿真。 ? 21?设计?研究 内燃机 2003年第1期
1.1 主题 本指南制订了与汽车发动机相匹配的消声排气系统的开发流程及设计指南； 1.2 适用范围 本指南适用于汽车消声排气系统的设计开发
2. 参考标准和相关文件 QC/T 631—1999 汽车排气消声器技术条件 QC/T 630—1999 汽车排气消声器性能试验方法 QC/T 58—1993 汽车加速行驶车外噪声测量方法 QC/T 10125—1997 人造气氛腐蚀试验盐雾试验 3.定义 3.1 排气消声器 排气消声器是具有吸声衬里或特殊形式的气流管道，可有效的降低气流噪声的装置。 3.2 插入损失 消声器的插入损失为装消声器前后，通过排气口辐射的声功率级之差。 3.3 排气背压 按QC/T524设置排气背压测量点，当分别带消声器和带空管时，测点处的相对压力值之差。 3.4 功率损失比 消声器的功率损失比是指发动机在标定的工况下，使用消声器前后的功率差值和没有使用消声器时功率的百分比。 4.开发流程及设计指南 4.1 接受产品开发任务并做好开发前的准备工作 开发之初，需要了解如下信息，作为设计输入： 1、发动机的排量、额定功率、额定扭矩等相关参数； 2、整车底盘走向，空间布局； 3、发动机对排气背压、功率损失比的要求； 4、噪声标准的制定； （1）、插入损失大于35dB； （2）、整车车外加速噪声小于74 dB； 4.2 方案设计 1、消声器的容量设计计算 消声器的容量关系到发动机的功率和扭矩，因此容量的设计将决定整车的动力性。一般地，消声器的容量有如下的计算公式： Ｖm＝k×P Ｖm＝消声器的容量（L） K＝0.14 P＝输出功率(Ps) 2、消声器的位置确定
` 噪声污染控制工程设计说明 1．0原始资料 1．1 环境噪声的基本情况 某厂一大型离心风机位于工业厂场附近、距风机出口左侧100m 处有一座办公楼，右侧及前方为菜地。由于出气口噪声很高，影响工程技术人员及人们的工作效率；另外，风机房内噪声也很高，但操作者经常呆在隔声间内，故机壳和电机的噪声危害不大，可以不予考虑。鉴于上述情况，可对排气噪声采取控制措施。风机、办公楼的平面布置图如图1-0。 图1-0：风机、办公楼的平面布置图 在办公楼窗前1m 处测得的环境噪声如下表所示： 1．2 离心风机的基本情况 大型离心风机K2－73－02No32F 风机的性能参数：功率为2500 kw ，风量为9500 m 3 /h ，风机叶片数＝12，转数n 为600 r/min 。出风口为直角扩散弯头，出口呈3 m × 3 m 的正方形。在风机排风口左侧45°方向1m 处，测得A 声级为109 dB ，其倍频带声压级如下表所示。 1．3 有关标准和设计规范说明
本设计重所参考的标准同设计规范均以《工业企业噪声设计规范》GBJ87-85、《城市区域环境噪声标准》GB3069-2008为基准。 1．4 设计任务 1)设计一消声器使得风机排风口左侧45°方向1m 处的A 声级降为75dB 。 2)根据环境标准的要求，检验在办公楼窗前1m 处，根据所采用的消声器能否满足该功能区的声环境要求。 ; 2．0 消声器的设计计算 2．1 消声器的选择 阻性消声器是利用气流管道内的不同结构形式的多孔吸声材料吸收声能来降低噪声的消声器。片式消声器适用风量大，结构简单，中高频消声性能优良，气流阻力也小。从本设计的风量Q=9500m 3 /h 、频率来看，可选定片式的阻性消声器。 2． 2 消声量的计算 根据ISO 提出的用A 声级作为噪声评价标准，当A 声级Lp 大于75dB （A ）时： 5 575570Lp NR NR Lp dB =+=-=-=因为 所以 根据NR ＝70查NR 曲线，找各倍频处的声压级，将结果写于噪声设计表的第二行 / 2．3 消声器的面积与通道结构的确定 根据设计数据气流速度宜小于8m/s,所以本设计选取V=6m/s 消声器的总面积：m V Q S 44.06 36009500 =?== 设计选用3个通道，则单个气流通道面积S 1： m 147.03 44.0n S S 1=== 2 根据经验片式消声器的片距宜取100～200mm ，片厚宜取100～150mm,在本设计中设片距b 1＝110mm 、片厚b 2＝150mm 。计算气流通道的结构参数如下：
第二章：曲柄连杆机构受力分析 2-1写出中心曲柄连杆机构活塞的运动规律表达式，并说出位移、速度和加速度的用途。答：X = r[(1-cosα)+ λ/4(1-cos2α)] = XⅠ+XⅡ; V = rω(sinα+sin2α*λ/2) = vⅠ+vⅡ; a = rω2(cosα+λcos2α) = aⅠ+aⅡ; 用途：1）活塞位移用于P-φ示功图与P-V示功图的转换，气门干涉的校验及动力计算；2）活塞速度用于计算活塞平均速度Vm= =18 m/s，用于判断强化程度及计算功率，计算最大素的Vmax，评价汽缸的磨损；3）活塞加速度用于计算往复惯性力的大小和变化，进行平衡分析及动力计算。 2-2气压力P g和往复惯性力P j的对外表现是什么？有什么不同？ 答：气压力Fg的对外表现为输出转矩，而Fj的对外表现为有自由力产生使发动机产生的纵向振动。不同：除了上述两点，还有 ?Fjmax < Fgmax ?Fj总是存在，但在一个周期其正负值相互抵消，做功为零；Fg是脉冲性，一个周期只有一个峰值。 2-3 解：连杆力：；侧向力：； 曲柄切向力：；径向力：； 证明：输出力矩：； 翻倒力矩： ==. 所以翻倒力矩与输出力矩大小相等方向相反。 2-4 解：1，假设每一缸转矩都一样，是均匀的，仅仅是工作时刻即相位不同。 如果第一缸的转矩为，则第二缸的转矩为，； 第一主轴颈所受转矩； 第二主轴颈所受转矩； 第三主轴颈所受转矩； 第四主轴颈所受转矩； 2， 2.5 当连杆轴颈和连杆轴承承受负荷是，坐标系应该固定在哪个零件上? 2.6 轴颈负荷与轴承负荷有什么关系？
互为反作用力关系 2.7 什么叫做自由力？ 答 2.8提高转矩均匀性的措施？ 答 1，增加气缸数 2，点火要均匀 3，按质量公差带分组 4，增加飞轮惯量 2.9 3. 为什么说连杆轴颈负荷大于主轴颈负荷？ 答主轴径主要承受往复惯性力和气压力，曲轴一般动平衡，旋转惯性力较小，主轴径较短弯曲应力也较小，连杆轴径要承受连杆传来的往复惯性力和气压力，还要承受连杆及曲柄销的旋转惯性力。 2.10 连杆的当量质量换算原理表达式 2.11 从设计的角度出发说明什么是动力计算，以及计算出那些结果 答为了进行零件强度的计算，轴承负荷计算和输出转矩计算，曲柄连杆机构中力的计算是必不可少的。 1合成力 2 侧向力 3 连杆力 4 切向力 5 径向力 6 单杠转矩 7 翻倒力矩 2010-12-08 第三章：燃机的平衡 3-1四冲程四缸机，点火顺序1-3-4-2，试分析旋转惯性力和力矩，第一阶、第二阶往复惯性力和力矩，如不平衡，请采取平衡措施。 答：解：点火间隔角为 A= =180° （1）作曲柄图和轴测图，假设缸心距为a。 一阶曲柄图二阶曲柄图轴测图
消音器设计计算书 由于我国目前对消音器的设计，还没有统一的标准规范可以遵照执行，大多数厂家均根据自己的经验来设计制作，且技术又相对保密的。因此本消音器的设计，经查阅大量资料，采用科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论，采用节流降压与小孔消音的原理结合现场实际情况来设计解决环境噪声超标的难题。 消音器的工艺参数为：蒸汽排放绝对压力：40 kg/ cm2，排汽温度：390℃，蒸汽比容ρ：0.0721 m3/ kg，排汽流量Q：8t/h； 噪声达到110dB以上，要求消音器的噪声小于85dB的环保要求。 一、设计原理。 复合式小孔喷注消音器是利用节流作用降低小孔喷注前的驻压，预先消耗部分声能，再dB与小孔降噪相结合，达到较高的消声量；其原理是利用节流降压与小孔喷注两种消声机理，通过适当结构复合而成的。 1. 小孔喷注消音器 小孔喷注消音器的设计机理是根据科学院声学研究所马大猷教授等人提出的小孔喷注噪声极其控制理论，从发声机理上使它的干扰噪声减少，由于喷注噪声峰值频率与喷口直径成反比，若喷口直径变小，喷口辐射的噪声能量将丛低频移向高频，于是低频噪声被降低，高频噪声反而增高，当孔径小到一定值（达到mm 级），实验表明，当孔径≤4mm时具有移频作用，喷注噪声将移
到人耳不敏感的频率范围（听觉最敏感的区域250~5000赫兹）； 根据这一机理将一个大的喷口改为许多小孔来代替，便能达到降低可听声的目的。从实用角度考虑，孔径不能选得过小，因为过小的孔径不仅难于加工，同时易于堵塞，影响排汽。一般选用直径1~3mm的小孔为宜。 2.节流降压消音器 节流降压消音器是利用节流降压原理而制成的。根据排汽流量的大小，适当设计通流截面，使高压气体通过节流孔板时，压力都能最大限度地降低到临界值。这样通过多级节流孔板串联，就能把排空的一次压降分散到若干个小的压降。由于排汽噪声功率与压力降的高次方成正比例，所以把压力突变排空改为压力在消音器内就逐渐降下来再排空，这样能使消音器内流速控制在临界流速下，不致产生激波噪声，压力在最大限度地降到临界值，使消音器获得较好的消声效果。同时节流降压后小孔喷注层的驻压大大变小，小孔喷注层强度设计所需的壁厚也大为减薄，这样给小孔喷注层的钻孔加工减小难度。 消音器入口处的压力通常是给定的，当排放压力较高时，为了取得所需的消声值，经过几次节流降压，使汽体进入小孔喷注前的压力由消音器入口处的压力P1按比例降低设计；通常情况下，节流降压消音器的各级压力选择为等比级数下降，设节流孔板级数为n，临界压力比为q (q＜1) ，可得： n g P P q （1）后前 根据气体状态方程、连续性方程和临界流速公式，由资料可
第一章：燃机设计总论 1-1根据公式 τ 2 785 .0ZD v p P m me e = ，可以知道，当设计的活塞平均速度V m 增加时，可 以增加有效功率，请叙述活塞平均速度增加带来的副作用有哪些？具体原因是什么？ 答：①摩擦损失增加，机械效率ηm 下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，机油承 载能力下降，发动机寿命降低。②惯性力增加，导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。③进排气流速增加，导致进气阻力增加、充气效率ηv 下降。 1-2汽油机的主要优点是什么？柴油机主要优点是什么？ 答：柴油机优点： 1）燃料经济性好。 2）因为没有点火系统，所以工作可靠性和耐久性好。 3）可以通过增压、扩缸来增加功率。 4）防火安全性好，因为柴油挥发性差。 5）CO 和HC 的排放比汽油机少。 汽油机优点： 1）空气利用率高，转速高，因而升功率高。 2）因为没有柴油机喷油系统的精密偶件，所以制造成本低。 3）低温启动性好、加速性好，噪声低。 4）由于升功率高，最高燃烧压力低，所以结构轻巧，比质量小。 5）不冒黑烟，颗粒排放少。 1-3假如柴油机与汽油机的排量一样，都是非增压或者都是增压机型，哪一个升功率高？为什么？ 答：汽油机的升功率高，在相同进气方式的条件下， ①由PL=Pme*n/30τ可知，汽油机与柴油机的平均有效压力相差不多。但是由于柴油机后燃较多，在缸径相同情况下，转速明显低于汽油机，因此柴油机的升功率小。 ②柴油机的过量空气系数都大于1，进入气缸的空气不能全部与柴油混合，空气利用率低，在转速相同、缸径相同情况下，单位容积发出的功率小于汽油机，因此柴油机的升功率低，汽油机的升功率高。 1-4柴油机与汽油机的汽缸直径、行程都一样，假设D=90mm 、S=90mm ，是否都可以达到相同的最大设计转速（如n=6000r/min ）？为什么？ 答：.对于汽油机能达到，但是柴油机不能。因为柴油机是扩散燃烧形式，混合气的燃烧速度慢，达不到汽油混合气的燃烧速度，所以达不到6000r/min 的设计转速。缸径越大，柴油混合气完成燃烧过程的时间越长，设计转速越低。 1-5活塞平均速度提高，可以强化发动机动力性，请分析带来的副作用是什么？ 答：①摩擦损失增加，机械效率ηm 下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，机油承载能力下降，发动机寿命降低。 ② 惯性力增加，导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。 ③进排气流速增加，导致进气阻力增加、充气效率ηv 下降。 1-6目前使发动机产生性能大幅度提高的新型结构措施有哪些？为什么？ 答：新型燃烧室，多气门（提高ηv），可变配气相位VVT （提高ηv），可变进气管长度（提高ηv）,可变压缩比，可变增压器VGT 、VNT （可根据需要控制进气量），机械-涡轮复合增压，顶置凸轮机构DOHC 、SOHC （结构紧凑，往复惯性力小）。
汽车消声器及排气管的 设计非常实用 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】
消声器及排气管的设计 消声器及排气管的设计 消声器的主要作用是降低发动机的排气噪声，并使高温废气能安全有效地排出。消声器作为排气管道的一部分，应保证其排气畅通、阻力小及足够强度。消声器要经受500~700。C高温排气，保证在汽车规定的行驶里程内，不损坏、不失去消声效果。 １、消声器的主要结构形式 汽车消声器按消声原理与结构可分为抗性消声器、阻性消声器和阻抗复合型消声器三类 1抗性消声器 抗性消声器是在内部通过管道、隔板等部件组成扩张室、共振室等各种消声单元时，声波在传播时发生反射和干涉，降低声能量达到消声目的。抗性消声器消声频带有限，通常对低、中频带消声效果好，高频消声效果差，货车多采用抗性消声器。 阻性消声器 是在内部排气通过的管道周围填充吸声材料来吸收声能量达到消声目的的消声器。对中、高频消声效果好，单纯用作汽车排气消声器较少，通常与抗性消声器组合起来使用。 阻抗复合型消声器 是分别用抗性消声单元和吸声材料组合构成的消声器，它具有抗性、阻性消声器的共同特点。对低、中、高频噪声都有很好的消声效果。 ２、消声器的性能要求 消声量 大小以消声器的插入损失来评价。插入损失是指装消声器前后在消声器出口某固定点测量的排气声压级之差。 D=L1-L2 式中：D——插入损失，dB L1——安装消声器前在某点测量的排气声压级，dB L2——安装消声器后在某点测量的排气声压级，dB 在实际测量时先测量不装消声器的排气噪声。按插入损失定义，为保证测量点位置不变，用一根同消声器等长、管径与消声器进气管相同的空管代替消声器。再测量装消声器时的排气声压级。 2 消声器功率损失 评价发动机额定功率点的功率损失比R的计算公式为： R=（P1-P2）/P1×100% 式中：P1——不带消声器而带空气管时的发动机功率，KW P2——带消声器后发动机功率，KW 功率损失比要求为：重型车R≤3%；中型车R≤5%；轻型车R≤6%。 实际测量中，用直接测量消声器排气背压来评价消声器性能。货车柴油车一般为10Kpa。 3 结构强度 主要是指抗震性、密封性、抗回火性等。消声器台架试验中经20次试验后，消声器不出现咬口或焊接部位损坏。试验完毕后测量漏气量总和不超过200L/min，插入损失下降不大于3 dB，功率损失比增加不大于%。 ３设计要点 1确定消声器的消声量 设计消声器时首先要确定降低排气噪声的目标值，即由发动机排气噪声大小，频谱特性和消声器所匹配车辆的噪声标准限值来决定消声器消声量大小。假设声源特性属线性声源，声衰减量L为： L=10Lg(R2/R1)
第一章：内燃机设计总论 1-1根据公式 τ2 785.0ZD v p P m me e = ，可以知道，当设计的活塞平均速度V m 增加时，可 以增加有效功率，请叙述活塞平均速度增加带来的副作用有哪些具体原因是什么 答：①摩擦损失增加，机械效率ηm 下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，机油承 载能力下降，发动机寿命降低。②惯性力增加，导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。③进排气流速增加，导致进气阻力增加、充气效率ηv 下降。 1-2汽油机的主要优点是什么柴油机主要优点是什么 答：柴油机优点： 1）燃料经济性好。 2）因为没有点火系统，所以工作可靠性和耐久性好。 3）可以通过增压、扩缸来增加功率。 4）防火安全性好，因为柴油挥发性差。 5）CO 和HC 的排放比汽油机少。 汽油机优点： 1）空气利用率高，转速高，因而升功率高。 2）因为没有柴油机喷油系统的精密偶件，所以制造成本低。 3）低温启动性好、加速性好，噪声低。 4）由于升功率高，最高燃烧压力低，所以结构轻巧，比质量小。 5）不冒黑烟，颗粒排放少。 1-3假如柴油机与汽油机的排量一样，都是非增压或者都是增压机型，哪一个升功率高为什么 答：汽油机的升功率高，在相同进气方式的条件下， ①由PL=Pme*n/30τ可知，汽油机与柴油机的平均有效压力相差不多。但是由于柴油机后燃较多，在缸径相同情况下，转速明显低于汽油机，因此柴油机的升功率小。 ②柴油机的过量空气系数都大于1，进入气缸的空气不能全部与柴油混合，空气利用率低，在转速相同、缸径相同情况下，单位容积发出的功率小于汽油机，因此柴油机的升功率低，汽油机的升功率高。 1-4柴油机与汽油机的汽缸直径、行程都一样，假设D=90mm 、S=90mm ，是否都可以达到相同的最大设计转速（如n=6000r/min ）为什么 答：.对于汽油机能达到，但是柴油机不能。因为柴油机是扩散燃烧形式，混合气的燃烧速度慢，达不到汽油混合气的燃烧速度，所以达不到6000r/min 的设计转速。缸径越大，柴油混合气完成燃烧过程的时间越长，设计转速越低。 1-5活塞平均速度提高，可以强化发动机动力性，请分析带来的副作用是什么 答：①摩擦损失增加，机械效率ηm 下降，活塞组的热负荷增加，机油温度升高，机油承载能力下降，发动机寿命降低。 ② 惯性力增加，导致机械负荷和机械振动加剧、机械效率降低、寿命低。 ③进排气流速增加，导致进气阻力增加、充气效率ηv 下降。 1-6目前使发动机产生性能大幅度提高的新型结构措施有哪些为什么 答：新型燃烧室，多气门（提高ηv ），可变配气相位VVT （提高ηv ），可变进气管长度（提高ηv ）,可变压缩比，可变增压器VGT 、VNT （可根据需要控制进气量），机械-涡轮复合增压，顶置凸轮机构DOHC 、SOHC （结构紧凑，往复惯性力小）。