排气系统设计的基本方法

大型货车在加速行驶时车外噪声的各声源贡献量变化如图19-1所示。图中每个年代的数据中，从下向上依次为发动机、排气系统、进气系统、轮胎以及其他部分所占车外噪声的比例。随着减振降噪措施的实施，车辆通过噪声逐年下降。但是不论在哪个年代，发动机噪声都占据着最大的贡献，其次是排气系统噪声。

图19-1 加速行驶时各声源对车外噪声的贡献量变化

图19-2为排气噪声的产生原理。发动机内气体燃烧时产生的压力引起排气管的振动，通过排气吊挂传递到车身，当有模态耦合时就会引起车内的轰鸣噪声。排气管和消音器的振动还会以放射噪声的形式向外传递，另外，排气管内的高温、高压气体在高速流动时，也会产生冲击噪声。排气系统所产生的噪声一般可以分为排气管放射噪声、消音器放射噪声和气流噪声，每种噪声都具有各自独特的频率特性。

气流噪声是因发动机气缸内燃烧气体脉冲和消音器内部的高压气流而引起的。分析气流噪声的频率特性，可以发现一般有300Hz附近的低频噪声和500Hz以上的高频成分两个主要成分。其中300Hz的为燃烧气体脉冲噪声，500Hz以上为气流冲击噪声。脉冲噪声占车内噪声最大的比例，而气流冲击噪声则对车外噪声有着非常大的影响。因此，排气系统的低噪声设计可以按如下流程考虑。

首先，考虑发动机气体燃烧所引起的气流脉冲噪声。研究表明，消音器容积是影响脉冲噪声最大的因素，一般容积越大则消声效果越好，但是由于结构上的限制，无法将消音器的容积做到很大，可以考虑插入型和共鸣型的综合设计。气流脉冲噪声的分析一般基于一维平面波理论，但实际上的声波为脉冲波，在三个方向上都有变动，一维平面声波难以精准模拟，但还是可以开展一些基础性研究。

图19-2 排气噪声产生原理

其次，消音器的构造对气流冲击噪声有很大的影响。直线型排气管，圆滑的拐角等有利于降低气流的冲击。另外，插入管的插入长度、插入管上的小孔直径、插入管的入口形状，也对气流冲击噪声有着较大的影响。

在进行上述的降噪过程中，排气背压的影响也要加以考虑。排气噪声的降低一般都会增加排气背压，从而增加发动机的功率损失，二者是一对矛盾体。如何平衡二者之间的关系，是排气系统设计的一个难题。