汽车消音器的构造及工作原理
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汽车消音器的构造及工作原理
摘要:消音器的内部是一组管道,这些管道用于创建彼此相长或相消的反射波,当汽车发
动机运行产生的废气和声波进入中心管道,然后从消音器后壁弹回时,其通过孔隙反射到达
消音器的主体部分。它们通过一组孔隙传到另一室,在这里发生转换,然后传出最后管道,
并离开消音器。 共鸣器通过孔隙连接到第一室,共鸣器包含特定的气体量,并具有指定的
长度,以产生抵消特定声波频率的波形。
关键字 声波 共鸣器 相消干扰
为了降低噪音对人们生活的影响及危害,汽车必须安装消音器。汽车消音器也叫按消声
器,按其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。本文介绍的
是抗性消声器。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。在本文中,我们将了解这种汽车消音
器的内部结构及其工作原理。 ㈠汽车声学知识
我们首先了解一些和汽车有关声学知识。声音是由交替的高低气压脉冲形成的压力波。
这些脉冲以声速在空气中传播。 在汽车发动机中,当排气阀打开且高压气体突然进入排气
系统时,即产生脉冲。此气体中的分子与管道中的低压分子碰撞,使其彼此堆叠。它们反过
来进一步沿着管道堆叠在分子上,从而形成低压区域。声波通过这种方式,沿着管道以比实
际气体更快的速度传播。
当这些压力脉冲到达人耳时,耳膜产生振动。大脑将这些振动“理解”为声音。声波的两
个主要特征确定了我们感知声音的方式:声波频率和气压水平。声波频率越高,表示气压波
动越快。发动机运行越快,听到的音调越高。波动越慢,听到的音调越低。声波振幅决定声
音的大小。声波振幅越大,则会使耳膜移动越大,而我们将这种感觉理解为高音。
有关声波的关键问题是,人耳感受到的是同时作用于它的所有声波的总和。因此可产生
与其他声波完全相反的声波来达到消声目的。这就是人们所了解的消除耳机杂音的基础。如
果两个声波同相而且都是单音,它们会叠加成一个具有相同频率的声波,但是振幅会增大一
倍。这叫相长干扰。但是,如果两个声波完全异相,则其叠加后振幅为零。这叫相消干扰。
当第一声波在最大压力时,第二个声波在最小压力处。如果两个声波同时冲击耳膜,就不会
听到任何声音,因为两个声波总是叠加为零。 ㈡消音器的构造原理
下面来具体解汽车消音器的构造及工作原理。消音器的内部是一组管道,这些管道用于
创建彼此相长或相消的反射波,当汽车发动机运行产生的废气和声波进入中心管道,然后从
消音器后壁弹回时,其通过孔隙反射到达消音器的主体部分。它们通过一组孔隙传到另一室,
在这里发生转换,然后传出最后管道,并离开消音器。 共鸣器通过孔隙连接到第一室,共
鸣器包含特定的气体量,并具有指定的长度,以产生抵消特定声波频率的波形。这是怎么发
生的呢?
声波冲击孔隙时,一部分继续进入气室,另一部分发生反射。声波传播到气室,冲击消
音器的后壁,并弹回孔隙。计算本气室的长度,以便在下一个声波反射到室外时,此声波保
留在共鸣器室内。在理想情况下,来自气室的声波高压部分与从气室外部反射的声波低压部
分排列在一起,并且两个声波彼此相消。
事实上,发动机发出的声波是不同声频的混和体,且由于它们中的许多频率依赖于发动
机的转速,因此声音几乎从来不出现在此发生的精确频率。共鸣器设计用于在发动机产生最
大噪音的频率范围内工作最佳。但是,即使频率不是对共鸣器精确调谐的频率,仍然会产生
一些相消干扰。
有些汽车,特别是以安静运行为特征的豪华汽车,在其排气装置中还具有类似消音器的
其他组件,称为共鸣器。这种装置的工作原理与消音器的共鸣器室一样――其尺寸经过计算,
以便共鸣器反射的声波有助于抵消排气装置中特定的声波频率。
这种消音器内存在有助于以不同方式降低声级的其他功能。将消音器体设计为三层:两
个金属薄层以及其间较厚的绝缘层,此绝缘层的绝缘系数较低。这允许消音器体吸收一些压
力脉冲。将进入主室的吸气管和排气管穿孔,可以使数千个微小的压力脉冲围绕主室跳跃,
除被消音器壳体吸收外,还可以相互抵消一部分脉冲。 ㈢当前工业中的汽车消音器
目前已经进行了一些有源消音器的试验,特别是对于工业发电机。这些系统结合了一组
麦克风和扬声器。扬声器位于管道内,并环绕在排气管周围,以便排气装置的声音从与扬声
器声音相同的方向出来。计算机监控位于扬声器前后的麦克风。通过了解有关管道长度和形
状等相关内容,计算机可以产生一个驱动扬声器的信号。这可以抵消发电机产生的大部分声
音。下游麦克风使计算机知道消音效果,以便可在必要时进行调整。
身负主要消音工作的尾段排气管,是一个发生阻力的所在,这便牵涉到消音筒内部的设
计。尾消的构成大髅上可分成两类,第一种是利用交错隔板造成反射波的方式减低音量,原
厂晶几乎都是此种型式:第二种则为改装晶常见的直线型吸音绵式,由流体力学的立场观之,
隔板式的排气阻力一定较大,马力提升也就不如直线型来得占优势了。要想降低尾消的排气
阻碍,不单单是需通路直线化以及内管口径扩大,整个消音器小型化同时是必要的,而且这
里还可以加入些巧思,如在进入尾消前安装一活动阀门,或者是如无限设置双回路加速气流,
让背压视转速提高而递减等,旨是不错的变通方法。
直线构造的改装排气管尾财,噪音的吸收需要藉消音绵达成,在此之中,大部份厂家都
是单纯采玻璃绵对应,但是时间久了以后,长时间处於高热环境的玻璃绵,必定会囚劣化而
出现共振、謦音变大的问题,故现在也有些制晶会标榜内岂提高耐久性的不锈钢丝,此种设
计的变更点,差别是先用不锈钢丝包覆内管的打孔外套,然后才是玻璃绵的填入,其用慧即
是以不锈钢丝防止热传导到玻璃绵上,进而延长总体寿命。为了防止临检、验车等不必要的
麻烦,现在也有厂这样做,但它的性能仍是相当不错,主要的原因就是其乃利用大简身、加
多吸音绵来彻底抑制噪音,内部的构造则依旧以直线型为主,然后在消音筒的头尾端加入隔
板,取得良好效果。另外,最近颇流行的ECV调音阀,如果装在进尾段前,才会有最大的
静音效果。 参考文献:⒈《汽车消声器原理作用及其故障排除》,tianhou005,2011年9月15日
⒉《消音器的工作原理》karim nice,2012年12月3日