Конструкции и акустика выхлопных систем

Рис. ASMET

Звук - это обычное явление, которое сопровождает нашу повседневную жизнь. Это обеспечивает приятные ощущения, например, музыку, полезную информацию и предупреждения, но это также нежелательно и даже вредно.

Вредные и обременительные звуки называются шумом. Промышленное и сгорающее оборудование автомобильных двигателей генерирует широкополосный шум, требующий ограничения различными техническими мерами глушения.

В случае автомобилей их производители обязаны устанавливать выхлопные системы, задачей которых является:

  • сброс горячих выхлопных газов в безопасное место вне транспортного средства,
  • очистка выхлопных газов от вредных химических соединений,
  • снижение шума до уровня, указанного в директивах ЕС.

Таким образом, система выпуска отработавших газов в современных автомобилях представляет собой комплексную систему, состоящую из таких элементов, как катализаторы, сажевые фильтры, глушители и выхлопные трубы. Сегодня каталитические нейтрализаторы и сажевые фильтры также играют роль глушителей, поскольку из-за ограниченного пространства для сборки классических компонентов все чаще заменяются передние или центральные глушители, особенно в автомобилях с дизельными двигателями.

Технические и юридические требования

Эффективное снижение шума в новом автомобиле является результатом работы строительных бригад, которые на основании характеристик рабочих характеристик двигателя определяют различные параметры выхлопной системы, также адаптированные к шасси автомобиля с точки зрения механики и аэродинамики в смысле минимизации сопротивления.

Примеры сравнительных испытаний акустической эффективности глушителей. Они проводились в безэховой камере акустической лаборатории Asmet с использованием измерительного оборудования Bruel & Kjaer. Диапазон измеряемых частот в слышимом диапазоне: 63-5000 Гц. Линейные характеристики измерения (L), ширина полосы 1/3 октавы. Уровень шума в децибелах (дБ).

Новый автомобиль, прежде чем он будет введен в движение, должен пройти весь процесс омологации, то есть он подвергается, среди прочего, всестороннему исследованию воздействия выделяемого шума на окружающую среду. Иная ситуация, когда необходимо заменить использованные элементы выхлопной системы, например, один глушитель или трубу, в уже использованном транспортном средстве. В настоящее время на вторичном рынке существует широкий ассортимент таких запасных частей, начиная от продуктов, подписанных как продукты OES, и заканчивая дешевыми заменами. Каждый из их производителей заверяет покупателя в том, что его продукция имеет параметры, сопоставимые с параметрами заводской сборки. В случае глушителей это применимо - помимо использования материалов соответствующего качества, которые определяют прочность изделия, - также внутренней конструкции и внешних форм. Модификации, вносимые иногда в этом отношении, как правило, являются полезными, поскольку они являются результатом не только ограниченных технологических возможностей, но и желания снизить производственные затраты и, следовательно, снизить цену продукта. Такие изменения также применяются производителями, поставляющими продукцию одновременно для первой сборки автомобилей и для «вторичного рынка».

Элементы выхлопных систем, за исключением соединительных труб, должны иметь - в дополнение к заверениям производителей об их эффективности - также сертификацию в качестве отдельных запасных частей. Такое одобрение информирует покупателя о том, что приобретенные товары соответствуют требованиям, установленным директивами ЕС по снижению шума.

Однако актуальность внесенных конструктивных изменений зависит, главным образом, от знания характеристик затухания исходного глушителя, и это может быть изучено только с использованием специализированного оборудования для измерения звука и соответствующего фона, такого как в лаборатории Асмет. Только на этой основе возможно ограничить конструкцию глушителя, особенно когда он направлен не только на технологические упрощения, но и на улучшение акустических параметров.

Установленные на заводе глушители иногда имеют очень простую конструкцию, а их акустические параметры соответствуют всей выхлопной системе нового автомобиля. Однако это не исключает возможности исправления «заводских» глушителей и замены их более качественными альтернативами.

Подбор деталей в мастерской

Умелое использование модифицированных глушителей может эффективно компенсировать некоторые недостатки работающей выхлопной системы, например, частичную неэффективность катализатора или снижение эффективности затухания замены от другого производителя. К сожалению, трудно «замаскировать» отсутствие катализатора или повреждение одного из глушителей, чего иногда ожидают владельцы магазинов, которые соглашаются заменить только один элемент (например, задний глушитель) вместо всей выхлопной системы.

Изучая глушители в различных конфигурациях, то есть комбинируя продукты разных производителей, можно получить изменения в эффективности демпфирования, показанной на сравнительных графиках. Здесь следует отметить, что испытания для официального утверждения также проводятся на сравнительной основе, т. Е. Метод контроля изменений, вызванных установкой испытанного отдельного элемента в исходную систему выпуска отработавших газов. Никогда не используйте всю выхлопную систему, состоящую из замен, для сравнения с полной оригинальной системой. Результаты измерений обеих систем, конечно, связаны с применимыми стандартами шума.

Глушители, установленные в отремонтированных автомобилях, также подлежат субъективной оценке. Речь идет о качестве получаемого звука, и дело в том, что он приятен на слух и не показывает быстрых изменений при разных оборотах двигателя. В последнем случае, пожалуйста, свяжитесь с производителем с соответствующими комментариями.

Пользователи автомобилей часто убеждены, что хорошие глушители должны содержать гниющий материал, такой как базальтовая вата или стекловолокно. Даже популярные автомобильные журналы для водителей распространяют теорию, что почти каждый глушитель может быть заменен простой структурой, заполненной оглушающим агентом. Некоторые такие «эксперты» стучат по глушителю и берут его в руки, чтобы оценить вес, а затем авторитетно утверждают, что он пустой, поэтому он не может эффективно подавить шум. Это, однако, совершенно не соответствует истине.

Это, однако, совершенно не соответствует истине

Примеры конструкций глушителя и схемы демпфирования (нажмите на картинку для увеличения)

Глушители с точки зрения внутренней структуры делятся на несколько категорий, основными из которых являются: поглощение, отражение и интерференция. Существуют также смешанные решения, сочетающие, например, абсорбционную конструкцию с какой-либо другой структурой. Каждая конструкция подавляет определенные звуковые частоты и, в зависимости от характеристик работы двигателя, иногда необходимо использовать несколько из них одновременно, чтобы создать эффективное шумоподавление вместе (как видно на прилагаемых графиках).

Принципы работы глушителей

Вышеупомянутый осушитель определенно содержит поглощающие глушители (то есть поглощающие пульсирующую энергию выхлопных газов). Однако из-за ограниченного диапазона ослабленных частот глушители этого типа чаще всего используются в качестве передних или центральных, где их задачей является снижение шума под пассажирским салоном. Остальные конструкции обычно находятся в задних глушителях. Они имеют конструкцию, предназначенную для камер, соединенных перфорированными или полными трубами различной длины. Их задача - ограничить скорость выхлопных газов за счет расширения их в камерах, а также отражения звуковой волны от стенок глушителя и изменения вибрации звуковой волны между перфорированными трубами. Таким образом, звуковая волна ослабляется и, в конечном итоге, затухает.

Чем сложнее конструкция глушителя, тем эффективнее демпфирование. Наиболее эффективные задние глушители также имеют ограниченные демпфирующие свойства, поскольку они подавляют в основном низкие и, возможно, средние тона. При более высоком - их эффективность уменьшается согласно следующему графику. Однако в сочетании с поглотителем они создают удовлетворительную выхлопную систему. Поэтому наиболее подавленное затухание обеспечивается глушителями со смешанной конструкцией, поскольку они имеют широкий спектр действия - от низких до высоких тонов. Они также, к сожалению, самые дорогие, и поэтому производители «вторичного рынка» часто упрощают свою конструкцию.

Без значительных технических знаний и соответствующих акустических испытаний попытки упрощения могут дать отрицательные результаты, которые не пройдут сертификационные испытания или окажутся раздражающими для пользователей. Аналогичная ситуация может возникнуть в случае структурных изменений в казалось бы простых глушителях поглощения. Достаточно ограничить количество подавляющего агента, использовать его низкое качество, чрезмерно уменьшить коробку глушителя или, что хуже всего, полностью опустошить его от обезвоживающего содержимого. Во всех этих случаях характеристики затухания будут полностью изменены, и шум может даже ухудшиться. Это также имеет место после демонтажа катализатора, сажевого фильтра и замены их прямыми глушителями.

Эстетика и физиология

Независимо от объективных физических параметров, звук всегда субъективно оценивается человеком. Измерение может показать, что уровень шума нормальный, но в определенных диапазонах оборотов двигателя он может принимать неприятные для уха формы. Басовый звук выхлопной системы кажется невероятно красивым, в то время как другие звучат как невыносимый гул. Кроме того, длительное пребывание в шумовой зоне различных диссонирующих тонов может привести к негативным изменениям в органах слуха. Высокие звуки здесь особенно опасны, для которых чувствительность человеческого уха самая большая (около 4-5 кГц), а с возрастом, к сожалению, потеря слуха самая большая.

Именно поэтому компания «Асмет» считает, что производимая ею продукция отвечает требованиям всех покупателей - независимо от возраста и субъективных вкусов.