王志强 王力 谢冰
浙江金盾风机股份有限公司 浙江省绍兴市 312363
摘要：发动机排气消声器装置是发动机工作运行中的重要组成部分，直接关系到发动机的工作性能。本文笔者针对发动机排气消声器消声性能进行了分析研究，文章中简要阐述发动机排气消声器的工作原理，并利用COMSOL 软件进行排气消声器仿真模型建立，通过仿真模型建立以及仿真实验应用，完成发动机排气消声器消声性能的优化。
关键字；发动机；排气消声器；COMSOL 软件
汽车产生噪音污染是当前城市环境污染的重要组成部分，而在对汽车噪音污染研究的过程中发现，汽车排气中产生的噪音污染是汽车噪音污染产生的重要来源之一。所以，在当前汽车噪音污染治理中，选择使用到排气消声器装置对汽车噪音进行良好的处理，从而减少相应的噪音污染，而在实际的排气消声器应用过程中，也会受到一定因素的影响，所以导致其消声性能出现下降。所以，当前汽车发动机排气消声器消声性能优化非常关键。
1.汽车发动机排气消声器的工作原理介绍
汽车发动机排气消声器是汽车发动机装置系统的重要组成构件之一，发动机的排气声音减弱和消除有非常重要的作用。在其具体工作的过程中主要包括有共振室、膨胀室和一组多孔管子构成。在实际的发动机排气消声器进行排气过程中，发动机发动产生气体通过多孔管子结构进入到消声器内部，消声器内部流经共振室、膨胀室对气体的流动方向进行不断的改变,气体流动法相改变也会在一定程度上造成气体流动性能减弱，并实现其声音降低。并且在当前很多汽车发动机排气消声器装置中安装有吸引隔音材料，提升设备的消音性能。而在实际的消声器工作过程中，影响其消声性能的因素还包括很多，所以对发动机排气消声器的消音性能优化应该从多方面因素进行考虑[1]。
2.汽车发动机排气消声器模型建立
汽车发动机排气消声器消声性能优化，对于汽车发动机工作效率也有一定的影响，并且对于当前我国汽车环保技术发展应用也起到一定的作用，所以当前笔者对汽车发动机排气消声器消声性能优化进行分析研究。以下是笔者利用COMSOL 软件进行汽车发动机排气消声器模型建立的主要步骤。
（1）汽车发动机排气消声器模型
模型建立方便对其进行仿真实验以及仿真分析，具体的试验过程中建立了消声器立体模型，如图1所示。如图1可以看出在实际汽车排气消声器模型建立中设计建设穿孔区域2个、消声器隔板组织3个、1个消声器直通道以及若干封闭圆铁片等组织。在实际的模型建立中，通过消声器内部的隔板组织将整个模型消声器设置为四个封闭空间。并且在每个消声器隔板组织当中均设置有同样规格尺寸的空气通孔，从而保证空气的流通。
图1 COMSOL 软件消声器立体模型
（2）消声器仿真模型参数设计
试验中为了研究排气消声器的消声性能影响因素，在具体的试验研究中，对消声器模型进行了仿真数据建立，其具体的仿真数据建立过程中，主要包括有人口声压仿真、入射波功率仿真、出射波功率仿真以及传声损失仿真等模块参数设计。实际的仿真实验当中选择消声器的噪音频率设置范围在100 ～ 1 000 Hz。以下是本次COMSOL 软件消声器仿真实验的具体分析内容。
3.汽车发动机排气消声器消声性能影响因素及优化设计要点
3.1汽车发动机排气消声器消声性能影响因素
汽车发动机排气消声器传声损失代表汽车发动机排气消声器的传输损耗，也最终影响到其消声性能。本次COMSOL 软件消声器仿真试验中，选择从消声器外壳直径、消声器声腔个数两个方面进行消声器传声损失影响因素分析。1.实际试验过程中仿真试验将COMSOL 软件消声器立体模型的外壳直径设置为180mm、170mm、190mm三种。并利用COMSOL 软件进行计算分析，通过软件计算分析总结当消声器噪声频率较低，外壳直径对消声损失无明显影响。而当噪声频率增大，其外壳直径与消声传声损失呈正比例关系。2.实际试验过程中仿真试验将COMSOL 软件消声器立体模型的消声器声腔个数设置为3、4、5个。而在实际的试验分析中发现，声器噪声频率较低时，消声器声腔个数对消声损失无明显影响。同样，当噪声频率增大，其消声器声腔个数与消声传声损失的互相影响加大[2]。
3.2消声器传声损失的优化试验
在利用COMSOL 软件进行发动机排气消声器结构性能优化的过程中，利用软件模型分析了消声器传声损失影响因素。而在实际的结构设计优化过程中，选择使用到消声器传声损失正交优化设计方法。实际的COMSOL 软件应用中设计了正交优化设计，以下是正交优化方案的具体设计内容。
1.在实际的消声器正交试验优化方案中确定而来发动机排气消声器的传声损失影响因素。主要包括有外壳直径以及声腔个数。在实际的COMSOL 软件实际优化过程中，选择将外壳直径为180mm、170mm、190mm三种，而实际的声腔个数选择为3、4、5个进行优化对比试验。在实际的COMSOL 软件应用分析过程中，利用COMSOL 正交优化试验计算了各组试验当中极差以及Ｌ T 均值。通过合理的数据对比发现，当COMSOL 软件消声器模型参数外壳直径达到190mm、直通管直径在44mm以及声腔个数在4个的设计方案当中，发动机排气消声器结构性能达到最优，其传声损失也比其他组试验的传声损失相对要大（同等噪音条件下），这也能够说明当COMSOL 软件消声器模型参数外壳直径达到190mm、直通管直径在44mm以及声腔个数在4个时，排气消声器的消声性能是最优化。实际的消声器优化设计中可以选择该方案进行设计应用[3]。
结束语
本文笔者主要利用COMSOL 软件进行了消声器模型建立，并通过模型分析消声器消声损失影响因素，主要包括消声器外壳直径、消声器声腔个数等因素。并通过正交优化试验完成了发动机排气消声器结构的优化，从而保证了发动机排气消声器结构消声性能优化合理。
参考文献
[1]杨明阳, 佟刚, 王文竹. 双模式消声器性能优化设计方法的研究[J]. 机械工程与自动化, 2019, 000(005):41-43,46.
[2]李少鹏, 陈晖, 邹云伟,等. 醇氢动力汽车排气消声器声学性能模拟仿真[J]. 内燃机与配件, 2019, 000(008):67-69.
[3]潘军如. 柴油机排气消声器优化设计[J]. 内燃机与配件, 2018, 000(016):19-21.