发动机新型阻抗复合式排气消声器的设计与试验研究

　　0　前言

　　人类社会进入21世纪以来,生产力得到了快速迅猛的发展。作为人类最重要的交通工具之一的汽车,在人类历史的进程中扮演着越来越重要的作用。毋庸置疑,汽车给人们的生活带来了诸多便利,但任何事物都有其双重性,人们在享受汽车所带来的舒适生活的同时,也在无奈的忍受环境污染的折磨与煎熬。汽车排气噪声污染已成为危害人类健康的一大杀手。噪声污染被认为是当前世界三大污染之一,它严重影响人们的情绪、思维和健康,妨碍人们的正常工作和休息。随着人们生活质量的不断提高,环保意识的日益增强,噪声污染势必越来越被人们所重视。

　　以往汽车大都是采用抗性排气消声器,对中、低频噪声效果较好,而对高频噪声效果不好。但排气高频噪声也很严重,对人类危害很大,往往被人们所忽视,采用新式阻抗复合式排气消声器,可以对排气中、低、高频噪声效果都好。本课题采用计算机辅助设计,设计了一种抗性排气消声器和一种阻抗复合式排气消声器,并在492QA发动机上进行了台架对比试验与研究。

　　1　492QA发动机原机排气噪声频谱分析

　　492QA发动机原机不带排气消声器(简称空管)时,在2000r/min转速,35%、65%和100%负荷工况(由于发动机比较旧达不到标定工况,为此进行了最大扭矩工况试验)下离排气口1米处的排气噪声A声级、C声级和倍频程频谱如表1、表2所示。

　　从表中可以看出,492QA发动机在2000r/min转速下排气噪声A声级和C声级最高分别达到113.3dB和121.7dB。低、中、高频率下的排气噪声都比较高(尤其是满负荷时)。为此,设计了两种排气消声器。

　　2　排气消声器的设计

　　2.1　抗性排气消声器的设计

　　2.1.1　结构设计

　　抗性消声器是通过控制声抗的大小进行消声的,根据声学滤波原理而设计,它的性能主要取决于几何尺寸和形状。抗性消声器是在管道上接截面突变的管端或旁接共振腔,利用声阻抗失配,使某些频率的声波在声阻抗突变的截面发生发声反射、干涉等现象,导致声波的能量产生损失,从而达到消声的目的[3]。

　　根据492QA发动机结构布置以及排气噪声倍频程频谱分析,我们设计的抗性消声器如图1所示。消声器共由四节扩张室组成。排气产生的噪声随气流从右侧的插入管1进入,通过穿孔管2在扩张室A中膨胀消声,气流再经隔板3上的孔进入扩张室B,又一次扩张消声,气流进入B后经过隔板5上的孔4进行收缩消声,然后进入扩张室C,又一次膨胀消声,再经过隔板6上的孔,进入扩张室D,再一次膨胀消声,经过穿孔管7气体收缩消声,最后经消声器的尾管8排入大气。