蜂窝陶瓷载体汽车尾气净化器降噪效果的试验研究

　　1　引　言

　　近年来,随着环境污染的日趋严重,迫切要求进一步降低汽车发动机的有害排放。发动机研究者采用各种不同技术,如曲轴箱强制通风(PCV)、废气再循环(EGR)、电控燃油喷射(EFI)、代用燃料、汽油无铅化、新型燃烧技术等,来降低排放水平[2、3、4]。但要完全达到严格的排放法规,一般还需加装尾气催化净化装置。有相当一部分催化净化装置采用蜂窝陶瓷作催化剂载体。如果将载体与其他构件设计布置合理,则催化净化装置既可净化尾气中的有害成份又能降低排气噪声(即可涵盖原机普通消声器的消声功能)。

　　对净化装置而言,在设计时优先保证其净化功能。例如,催化反应时,要有足够的起燃温度和尽量小的空速,相应地在催化装置中应该设置保温层及留有足够大的空间。对已确定的载体结构,如何确定和校核扩张比m及各腔容积等参数,以便正确确定装置的降噪效果,需要进行理论计算和试验探索,以形成规范,便于指导净化消声装置的研究及产业化。

　　2　试验装置

　　本研究的所有试验均在小野(日本)W-130型发动机自动化试验台上完成。试验台架布置如图1所示。

　　3　净化器的设计

　　3.1　排气噪声消声量频率特性

　　本研究针对EQ6100汽油发动机设计净化装置(净化消声器)。《机动车辆允许噪声》标准(GB1495-79)中规定载重量为3.5t～8t的汽车于7.5m处测量的加速噪声,不得超过86dB(A)。图2是EQ6100汽油机未装消声器在额定工况时的倍频程频谱的实测结果(排气管引出室外,距排气管0.5m、45°方向测量)。

　　根据有关声学知识,若在相应距离r1(r1F排气管离地距离)上实测的频谱图某频率的声压级为LP1,则相应声源的声功率级为

式中Ir—声源r米处的声强(W/m²);W0=10^-12W

　　同样在相应的接收距离r2(r2m排气管离地距离)上某频率所允的声压级为LP2,此LP2可由NR曲线[1]上求得,则声源允许声功率级为

　　根据图1,可计算出必需的消声量频率特性,见表1。

　　3.2　净化消声器基本参数的选择

　　3.2.1　扩张比m的确定

　　扩张比要考虑多方面的因素。根据文献[1],单室消声器的传递损失(或消声量)

　　由式(3)可知,扩张比m增大,消声量大。而增大m,需要缩小消声器入口的直径(Di),或增大消声器的外壳的直径(Ds)。消声器入口管的直径不应小于内燃机排气歧管出口的直径,否则,因排气背压增高,将使发动机的功率损失增大,同时也会使排气流速增大,容易激发再生噪声。消声器外壳尺寸,要受到发动机的各种使用条件和可能的安装尺寸的限制。此外,理论和实践都表明了扩张式消声器并不能在全部频带上都有消声作用,在频率过低或过高一定范围内失去消声作用。扩张比m过大时,在高频率部分消声效果差。考虑到蜂窝载体直径为120mm,取壳体内径Ds=140mm,则净化器的扩张比m=7.84。