摘要：随着汽车市场的高速发展，汽车噪声越来越受人们的关注，各国政府都制定了严格的法规以限制排放和噪声。汽车乘坐舒适性已经成为消费者评价汽车性能的指标，汽车厂商对生产安静、舒适的汽车产品的主动性越来越强。在设计开发阶段控制排气系统的振动噪声问题，以降低其对车内外振动噪声的影响。 排气系统连接发动机和车身，发动机的振动会通过吊钩传递到车身，引起车内的振动和噪声问题。因而，降低排气吊钩对车身振动激励就至关重要，本文从排气系统基本结构出发探讨降噪及尾气控制技术，旨在为汽车发动机排气系统降噪及尾气污染防治寻求理论参考。
关键词：发动机；排气系统；降噪；污染防治
发动机作为汽车的“心脏”，为汽车的正常运转的提供动力源，同时其工作时会产生振动与噪声，既影响车内乘坐的舒适性，又向外界辐射大量的噪声，带来诸多困扰。排气系统作为发动机的主要附件，主要控制发动机排气噪声和废气，排气系统的设计好坏影响汽车的 NVH 性能，如果设计不当会降低乘坐舒适性以及排气系统的使用寿命。排气系统悬挂于车体底部，其所受振动传递给车体产生的振动与噪声影响车内的舒适性，从降低排气系统振动传递的角度着
手，通过模态分析、静力学和频响计算的结果分析结构振动，在此基础上对结构实现优化，减小车身所受吊挂的动载荷激励。
1、发动机排气系统降噪设计
汽车尾气处理排气系统的振动主要源于发动机和路面的激励，发动机工作激励振动通过波纹管、排气管等组件传递下去，不平整路面激励则是由悬置、车身，再由挂钩传递到排气系统。这些激励作用于排气系统产生的振动问题影响汽车的舒适性，同时辐射壳体噪声，带来噪声污染。
1.1三元催化器
一般安装在汽车排气系统前部，是汽车最重要的尾气净化装置。三元催化器外部是金属壳体，包裹着内部蜂窝状的陶瓷载体，载体上涂有金属催化剂（如铂、铑、钯等），发动机工作产生的高温汽车尾气HC碳氢化合物、CO一氧化碳和NOx氮氧化合物等有害气体通过三元催化器载体时，内部金属催化剂发挥氧化还原作用，将尾气转换成二氧化碳、水和氮气。 根据安装空间布局，三元催化器一般有一个或多个，截面有椭圆和圆形形状，呈对称分布，且刚度比较大，可以将其简化与催化器等长的刚性梁，在质心附加等效的集中质量。
1.2波纹管
作为扰性连接器，具有位移补偿和减振的作用，能够衰减来自发动机的振动激励，起到很好的隔振效果，因此，它的结构设计要提高车内 NVH 性能和排气系统的疲劳寿命。波纹管的有限元模型简化方式很多，常见的有管单元和弹簧单元。波纹管简化成薄壁管单元时，根据实验数据定义其等效密度和弹性模量；简化成弹簧单元时，波纹管的每个方向由一个弹簧粘性阻尼器组成，输入各方向的刚度和阻尼。
1.3消声器
排气消声器作为汽车主要的消声部件，根据消声的机理不同，分为抗性消声器、阻性消声器、阻抗复合消声器，本文中所研究的是抗性消声器。声波在排气管中传播，遇到管道截面的突变导致阻抗失配，声能在管内发生反射、干涉，从而降低声音向外辐射的能量，起到消声的作用。汽车排气系统中一般有位于排气系统中部的副消声器和尾部的主消声器。消声器要能承受发动机和路面的振动激励和热负荷，并且有足够的强度使得不易损伤影响使用。
1.4法兰
排气系统是由不同部件组成，法兰的作用就是将它们组装在一起，法兰是通过焊接和排气管紧固在一起，法兰是用螺栓连在一起，中间都放有石墨垫片，除了起到密封作用，还能缓解前后部件的振动。法兰连接头的有限元简化处理中有关线性和非线性因素，比如刚度、阻尼、摩擦等，很难模拟实际情况。对两个结构完全一样的连接法兰分别进行振动传函的测试实验，一次是实际连接实验，一次是将法兰焊接在一起，两次实验表明在低频段（300Hz以内)实际法兰和焊接法兰的振动传递函数相近，而在中高频段，由于法兰采取焊接处理，提高了局部刚度，焊接法兰的传递函数值大于实际法兰。
1.5吊挂、排气管
排气吊挂是用来连接排气系统和车体，吊挂系统是有两个挂钩和一个隔振器组成。吊钩是用金属杆制成，根据尺寸形状，采用体单元来模拟挂钩，其与排气管或消声器壳体的连接，用刚性RBE2单元连接。排气吊挂之所以能起到衰减排气系统对车体的振动能量传递，是因为橡胶隔振器的的阻尼损耗减小排气系统的振动。将吊耳简化成三自由度弹簧单元，输入三个方向刚度。排气管壁薄管长，是排气通道，排气管壁厚1.5mm，相对于其长度很小，壳单元模拟排气管，四边形网格划分，网格尺寸5mm，法兰与排气管连接处实际是焊在一起，用REB2单元刚性连接。
1.6排气系统降噪优化
排气系统的气动噪声的数值随着发动机的转速增加，在3000RPM以下，气动噪声的数值还不是很大，说明在转速低时，气流速度不是很高的情况下，气流辐射噪声的能力相对低些。而过了3000RPM 后，气动噪声的声压从3000 RPM 到 4000 RPM，噪声值增加接近 15dB，增加的速率很快。在高速时，气动噪声对排气尾管噪声的贡献就越多，需要对此加以控制。
将尾管直径改为 55mm，并进行气动噪声计算。将改进前后左、右尾管处的气动噪声结果进
行对比。尾管直径变大有利于降低流体噪声，在低转速时，流体运动的速度较低，涡流运动不甚强烈，这时的尾管噪声主要是发动机工作产生的空气噪声。高转速时，直径 55mm 的尾管对降低流体辐射噪声很有益处，4000RPM 以后这种效果表现得很明显，尾管直径 55mm相对 51mm 的气动噪声减少 3dB 左右。增大尾管直径可以降低气流的速度，流体辐射噪声的强度减小。
2、汽车尾气控制措施
目前，通常采用三元催化技术来实现汽车尾气控制，三元转换器载体是由多孔的陶瓷材料制成的，其化学性质稳定，经久耐用，气体在通过三元转换器内狭长的通道时，经其中的催化剂催化，能够迅速发生反应，还原成无毒气体，因为催化剂的存在，气体发生反应的速度较快，对汽车废气的处理效率较高，与传统的尾气处理技术相比，使用范围广，这种技术可以同时为几乎所有车型服务，三元催化技术是独立于汽车内部的一种技术，不需要单独针对汽车内部的各项结构做适应性研究。在解决了汽车尾气排放问题的同时，不会对汽车的功率，油耗等造成影响，汽车的使用性能没有被抑制。可以配合降低噪声，排气热量等机制一起使用，进一步降低汽车对环境的影响和使用者的使用体验。其生产成本较低，而且生产工艺相对简单，适合推广使用。
结语：在构建和谐社会与现代社会的过程之中，环境与资源问题已经逐渐成为重视的问题之一，汽车发动机排气污染程度的降低以及对耗油的减少，可以有效降低其污染物的产生，为建设环境友好型与资源节约型社会做出贡献，为后代谋福祉。当前社会，人们对生活品质要求越来越高，已不仅仅追求动力性和经济性，NVH舒适性已逐渐被大众重视，提升NVH性能越来越会被各车企重视。
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