内插管式消声器结构优化与试验研究

　　引言

　　小型单缸机的排气噪声比多缸机脉动性强、刺耳。目前内燃机排气消声器多用扩张室加穿孔管或加内插管式消声器。穿孔管式消声器因其对高频噪声具有较强的消除能力,多用于多缸大功率汽、柴油机,而内插管式消声器不仅消声量大,而且结构简单、制造方便,因此多用于小型汽、柴油机。对于扩张式消声器已有较多的研究,有较成熟的计算公式和试验数据,但这些计算公式都是在一定的假设条件下导出的(例如,假设消声器通道里声波是按平面波传播等)。由于有假设条件,计算结果就有一定的近似性和局限性,特别对于扩张室加内插管式消声器目前尚没有考虑到所有条件的理论计算公式,因此只能通过近似的理论计算和试验的方法来确定其最佳结构。本文以S195柴油机为样机,设计了二级扩张室加内插管式消声器,通过改变内插管的结构来优选合理方案。

　　1　消声器设计

　　1.1　排气噪声的频率特性

　　S195柴油机排气噪声是一种典型的宽频带噪声,图1是其在标定工况(n=2000r/min,P=8.8kW)不装消声器测得的排气噪声频谱。由图1可见S195柴油机排气噪声频带从几十到上万赫兹且具有明显的低频特性,在倍频程中心频率为31.5～125Hz处有最大值,最大值达到了113.5dB,随着频率升高,噪声渐弱,高频噪声虽然较小,但人耳对其较敏感,因此在设计消声器时要兼顾各种频率噪声的控制。本次设计的消声器扩张室主要在31.5～500Hz的低频带上获得普遍消声,内插管可进一步降低1000～8000Hz的高频噪声。

　　1.2　必需消声量的频率特性

　　柴油机排气消声器主要由声学滤波器或消耗声能的装置组成,它对不同频率的噪声有不同的消声性能,因此在设计消声器时必须知道在各个频段内所必需的消声量,即所谓必需消声量的频率特性。必需消声量的频率特性是根据噪声评价曲线(NR曲线)[1]与发动机实测排气噪声频率特性曲线的差值所确定的,其中NR曲线是根据不同噪声评价数绘制的一族评价噪声标准的曲线,它用倍频程中心频率为1000Hz的倍频程声压级作为噪声评价数NR。噪声评价数与A声级LA的换算关系式为NR=LA-5dB,根据国家标准GB6376—95,小型拖拉机车外最大允许噪声为86dB[2],由此可得NR为81dB,从而得到NR为81dB的噪声评价曲线[1]。S195柴油机排气消声器必需消声量的频率特性如图2。为了使发动机噪声满足相应的噪声控制标准,所设计的消声器的消声量频率特性应尽可能与必需消声量的频率特性相一致。

　　1.3　消声器结构参数的优选

　　根据S195柴油机的特点和实际条件,试验所用的消声器均采用1.2mm厚的A3钢板卷制而成且为单层外壳。