国Ⅵ标准排气系统消声性能研究与设计

发布时间：2020-05-28 18:12

【摘要】：为了达到环境友好要求,降低机动车尾气污染物排放,国家机动车尾气排放标准越来越严苛,国家第五阶段排放标准已于2017年1月1日开始实施,而更加严苛的国家第六阶段排放标准进入了制定阶段,因此研发一套既满足新的排放标准又具有良好消声性能的排气系统是现阶段学术界与工程界研究热点。排气系统主要功能是降低尾气排放和降低排气噪声,为了满足新的排放标准,排气系统后处理元件和基本结构都需要改变。本文以满足国Ⅵ标准的排气系统为研究对象,建立后处理元件理论消声模型,分析其消声性能,根据发动机声源设计排气系统冷端主消声器。通过实验方法验证理论消声模型正确性,验证排气系统是否满足消声要求。本文研究了四缸柴油发动机排气声源特性,在半消声室中测量未安装排气系统状态下的排气噪声,并与声源端排气压力波动进行对比,研究发动机声源频域特征,分析发动机排气噪声可能存在的风险。研究了满足国Ⅵ标准的排气系统热端部分消声性能,基于平面波理论,使用传递矩阵方法,建立了热端系统中各子单元传递矩阵模型,计算了氧化催化器(DOC)、选择性还原器(SCR)和颗粒捕捉器(DPF)三个后处理元件传递损失,分析了后处理元件频域内消声性能与特点。使用传递矩阵方法,将子单元传递矩阵串联获得排气系统热端传递矩阵模型,并计算传递损失,分析了热端部分频域消声性能。搭建传递损失测试平台,测量氧化催化器(DOC)、颗粒捕捉器(DPF)和热端部分传递损失,与理论计算结果进行对比,验证了理论消声模型正确性。根据热端系统消声性能分析结果,结合柴油发动机声源特性,分析热端系统在排气系统中消声贡献以及存在风险的频段,确定冷端消声器设计目标。根据消声器目标频段设计出消声器基本结构,使用GT-Power仿真软件,建立消声器模型,结合正交实验法,以传递损失仿真结果为评价指标,优化消声器主要参数,达到了在目标频段消声效果。结合热端与冷端,完整的设计出一套满足国Ⅵ标准四缸柴油发动机排气系统。在半消声室中进行插入损失测量,测试结果表明,在发动机各转速下,排气系统插入损失都超过国家标准,具有良好消声效果。
【图文】：

声源,发动机排气,排气系统,测量管

第二章排气系统与声学评价指标章已经介绍了国家排放标准发展历程以及现在柴油车排气系统的研究目标，系统的结构，在排气系统开发中需要针对的对象，以及在进行声学设计时会经过多年的发展与研究排气系统的研发与评价已经形成六标准柴油发动机排气声源插入损失定义，插入损失大小由排气系统消声性能与发动机排气声源同时决有不同声源特性，因此针对不同发动机需要设计不同排气系统以满足插入损统设计之前需要进行发动机声源分析，下面对本文所研究发动机声源进行分采用测量方法获得发动机声源。在半消声室中用与排气系统长度相等，出口替排气系统，连接在排气总管后端，在管口处布置声压传感器，测量各特定由于直管中没有任何消声结构，近似认为声音在管中没有衰减，，管口噪声可特性。按照 GB-T4759-2009《内燃机排气消声器测量方法》测试尾管口辐射况如下图所示

排气系统,阶次

上部分为排气系统入口端压力频域瀑布图，下部分为尾管口声压频域瀑布图深代表幅值越大。从图中可以看出，第 2、4、6 阶阶次成分对整体能量贡献很突出，间 900rpm-3400rpm 内，2、4、6 阶阶次频率在 360Hz 以下，因此阶次噪声主要贡献低通过以上对排气噪声中频率成分分析可以发现，在发动机整个转速区间，频率较低的始终会有明显贡献，而阶次噪声频率分布在低频段，本文将针对排气系统的低频消声分析，主要针对包括阶次噪声的 1000Hz 以内的频段2 国六柴油发动机排气系统基本构造排气系统安装在发动机后端，包括从歧管后端到尾管间的各个部件。柴油车排气系统：前管、波纹管、催化器、尿素喷射装置、消声器、尾管以及用于部件连接的法兰和安装的吊钩等部件。在发动机工作过程中，尾气经过前管进入排气系统，先后经后处消声装置进入尾管，排到大气中。尾气在排气系统中从前往后温度越来越低，所以在气体温度呈由高到低的梯度，一般将前端装有尾气后处理装置部分热端，后部分温度域称为冷端，冷端主要功能是降低排气噪声。如图 2.5 所示。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U464.134.4

【参考文献】