本论文采用理论分析、试验研究和仿真分析相结合的 方法对摊铺机的排气消声器进行了研... exhaust noise of engine in construction machinery, therefore the study on exhaust muffler ...
维普资讯 http:// 第６ 期 ２ ０ ０ ４年 １ ２月 内燃 机 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｎａ ｒ ｌ Ｃ ｏ ｍｂ ｕ ｓ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｅ ｎ ｎ ｅ ｓ Ｎｏ ． ６ Ｄｅ ｃ． ２ ０ ｏ ４ 汽油 机 排 气噪 声及 消 声器 实验 研 究 赵 骞’ ， 徐林玉 ， 郝志勇 （ ｔ ． 天津市汽车研究所 ， 天津 ３ ０ ０ ｌ ９ ｏ ； ２ ． 浙江大学 机械与能源学院， 浙江 杭州 ３ ｔ ￣ ７ ） 摘要 ：对 某 型汽 油机 ， 在 安装 与不 安装 消声 器 的情 况 下 ， 针对 不 同转速 （ １ ２ ０ ０ ～ ６ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ， 间 隔区 间为 ４ Ｏ Ｏ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ） ， 在 全负 荷工 况下 研究 了该 汽油 机排 气噪 声的插 入损 失 、 频 谱特性 ， 并结 合该 汽油 机排 气 噪声产 生 机理 的理论 分 析 ， 提 出 了消声 器 改进措 施 ， 以进一 步降 低排 气噪声 。
关键 词 ：
消 声器 ； 排 气 噪声 ； 汽 油机 ； 频 谱 中图分 类号 ：
Ｔ Ｋ ４ １ ７ ． １ ２ ５ 文献标 识码 ：
Ａ 文章 编 号 ：
１ ０ ０ ０ —６ ４ ９ ４ （ ２ ０ ０ ４ ） ０ ６ — ０ ０ ２ ０ — ０ ３ Ｔｈ ｅ Ｅｘ ｐｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｅｘ ｈ ａ ｕ ｓ ｔ Ｎｏ ｉ ｓ ｅ ａ ｎ ｄ Ｓ ｉ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｇａ ｓ ｏ ｌ ｉ ｎ ｅ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｓ Ｚ Ｈ Ａ ０ Ｑ ｉ ａ ｎ ， Ｘ Ｕ Ｌ ｉ ｎ —ｙ ｕ ‘ ， Ｈ Ａ ０ Ｚ ｈ ｉ — ｙ ｏ ｎ ｇ ２ （ １ ． Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ａ ｕ ｔ ｏ ｍ ｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｉ ｔ ｔ ｕ ｔ ｅ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｉ ｉ ｎ ３ ０ ０ １ ９ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． ｏｌ Ｃ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍ￣ ｎ ｉｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ 。
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Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：
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汽 油机 排气 噪声 是对 整 车车 外加速噪声 贡 献较 大 的成分 ｕ 儿 】 【 ３ 】 ， 因此 ， 有 必 要对 排 气噪声 及 消声器 进行 系统分 析研究 ， 从而进 一 步 优 化消声器 的设计 ， 使整车加速 车外噪声达标 。
图 １ 副 消声 器结 构简 图 １ 实验研 究 １ ． １ 实验装置和步 骤 ｌ 』 ｖ ＋ ｘ ＋ 髓 Ｅ 二 二 ］ 实验用发 动机 为 四冲程 三 缸水 冷 电喷 汽油 机 ， 排量 ９ ９ ３ ｍ ｌ ， 缸径 ７ ６ ｎ ｕ ｎ ， 压缩 比 ９ ． ５ ， 顶置 凸轮轴 ， 最 大功率 ３ ９ ｋ Ｗ（ ６ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ） ， 最 大扭矩 ７ ８ Ｎ ? ｍ （ ３ ６ Ｏ Ｏ ｒ ／ 图 ２ 主消 声器 结 构简 图 表 １ 测试 设备 和 型号 ｍ ｉ ｎ ） ； 该发动机 的排气 消声器 由主 、 副两级 消声器 组 成， 副消 声器 由两个腔 组成 ， 总长度 为 ２ ９ ０一 ， 容 积 为２ ． １ １ ； 主消声器 由三个室组 成 ， 总长度 为 ２ ３ ５ ｍ ｍ， 测试 设 备 型号 生产 厂 家 双 通 道 声 学 分 析 仪 Ｖ Ｓ ３ ０ ２ （ Ｕ Ｓ Ｂ ） 裴 案 砉 霞 墓 寄 测功 机 及其 控制 系统 Ｃ ｗ ｌ ０ ０ — ２ 南 峰 机械 厂 计算 机 Ｄ Ｅ Ｌ Ｌ Ｐ Ｒ Ｅ Ｃ Ｉ Ｓ Ｉ Ｏ Ｎ ３ ４ ０ Ｄ Ｅ Ｌ Ｌ 公 司 容积为 ５ ． ７ １ 。主、 副消声器 结构 简 图见 图 １ 、 图 ２所 示 。实验设 备见表 １ 。
试 验步骤如下 ：
作 者简 介 ：
赵 骞（ １ ９ ７ ４ 一） ， 男， 天津人 ， 博士 ， 研 究 方 向为汽 车和 内燃 机振 动噪 声控 制 。
收稿 日 期：
２ Ｏ ０ ４ — ０ ７ — ０ ５ ａ ． 按照 Ｊ Ｊ Ｇ １ ７ ６— ８ ４ （ 声校准器检 定规程》 和Ｊ Ｊ Ｇ １ ８ ８ —８ ４《 声 级计 检定 规程 》 对 测 量过程 中使 用 的声 级计进行校准 ； 维普资讯 http:// 第６ 期 赵 骞等 ：
汽油 机排气 噪 声及 消声 器实 验研 究 ｂ ． 根据 Ｊ Ｂ ｎ ３ ７ ４ ３—８ ４ （ 内燃机 台架性能试验方 法》 的规定确定各需要安装 的附件 ， 并作好记 录； 制误差不大 于 ０ ． ２ ｄ Ｂ 。控制 发动机 转速 在规定 的转 速范 围内 ， 转速误差不大于 ± ５ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ； ｇ ． 根据 Ｇ Ｂ １ １ ０ ５ —７ ４ ， 测点 总噪声级 与本 底噪声 Ｃ ． 测试环境 的背景噪声 ， 以对测量结 果做修 正 ； ｄ ． 测点布置 ：
测 点布 置在排 气消 声器 出 口的右 级 之差在 １ ０ ｄ Ｂ之 内时 才需要 做修 正 。本 实验 测点 总噪声级 与本底噪声级之差 最少 为 １ １ ｄ Ｂ ， 所 以测试 边， 测 点 和消声 器 出 口管 中心 点 的连 线 与该 出 口管 中心线成 ４ ５ 。
方向， 且距离消声器 出 口中心点 ０ ． ５ ｉ ｎ 。
ｅ ． 为 了消除发动机运转 时表 面辐射 噪声 对排气 噪声测 量 的影响 ， 用 排气 管将 发动机 排气 噪声 引 到 室外 ， 用 隔声 板堵住 实验室大 门 ， 以防止室 内 的发 动 结 果无须修正 。
试验工况为 ：
排 气噪声 是在 全负荷下 ， 转速范 围 从 １ ２ ０ ０ｄ ｍ ｉ ｎ 开始 ， 每隔 ４ ０ ０ ｄ ｍ ｉ ｎ 测一次 ， 直到 ６ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ （ 标定转速 ） ， 测量 时汽油机处于稳定热状态 。
１ ． ２ 实 验 结 果 机噪声传 出对测量结果产 生影响 ； ｆ ． 测量按 Ｇ Ｂ ／ Ｔ ４ ７ ５ ９ —１ ９ ９ ５要求 进行 ， 排 气 噪声 的测量 点布 置在与排气 口气流轴 向成 ４ ５ 。
方 向上 ， 距 离０ ． ５ ｍ， 传声器 指 向排气 口， 测 点距地 面 高度 大 于 １ ． ５ ｉ ｎ 。为了 防止 排气 气 流 对测 点 的 冲击 和废 气 对 传声 器的腐蚀 ， 测量 时 传声 器戴 防风 罩 。在测 量 前 后及 中途 用 Ｎ Ｃ一 ９活 塞发 生器对测 量仪 器校验 ， 控 测点位置声 压级 如下 ：
ａ ． 标 定工况下 （ ６ ０ ０ ０ ｄ ｍ ｉ ｎ ） ：
不带 排气 消声器 时 为１ １ １ ． ５ ｄ Ｂ （ Ａ ） ， 带排气消声器 时为 ９ ｏ ． ７ １ ｄ Ｂ （ Ａ ） 。
ｂ ． 最 大扭矩工 况下 （ ３ ６ ０ ０ ｒ ／ ａ ｒ ｉ ｎ ）：不 带 排 气 消声器 时 为 １ ０ ９ ． ８ ｄ Ｂ（ Ａ） ， 带 排 气 消 声 器 时 为 ９ ０． ２ １ ｄ Ｂ（ Ａ） 。
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一 ｔ － ｉ 一 一 ＿ － ． ？ ｒ ． ＇ ， ｒ ｒ １ １ Ｌ ． —＿ — ’ ● 一 带 消 声 器 — Ｌ ◆一 不带淌声嚣 Ｌ ． Ｌ Ｌ ‘ － ● 【 一 ＿ ～ Ｌ Ｊ － １ ● 蓄 疆 图３ 标 定工况 下带与 不带 消声 器时排气 噪声 １ ／ ３ 倍频 程频 谱图（ ６ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ） １ １ ０ 一 ｌ Ｏ Ｏ Ｓ ９ Ｏ 一 一 一 ｒ ’ － ● ． ｌ Ｉ １ ● ～ １ Ｌ Ｐ － ． 兽８ ｏ ｒ ’ ’ １ ． ● １ ． － － Ｉ ． 蓄 ７ ６ ０ 。
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＝ ＿ 图 ４ 最大 扭矩工 况下带 与不 肖 声器 时排 气噪声 １ ， ３ 倍频 程频 谱图（ ３ ６ （ １ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ） 曼 要 ｒ ． Ｉ 。
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ｃ 量 三 墨 量 嚣 善 导 量 景 量 鼍 奏 磊 量 三 重 量 暑 薰 星 蠢 景 差 量 星 萎 呈 薹 ｉ 蓁 三 至 薹 萎 蓁 至 图５ 低速工况下带与不带消声器时排气噪声 １ ／ ３倍频程频谱图（ １ ６ Ｏ Ｏ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ） 维普资讯 http:// ? ２ ２ ? 内燃 机 ２ ０ ０ ４ 年１ ２ 月 ｅ ． 低速 工况下 （ １ ６ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ） ：
不 带排气 消声器 时 及其倍 频声 已经 有较 大衰 减 ， 对整 体排 气 噪声 的贡 献 不大 ， ５ ０ ０ ０ Ｈ ｚ以上的特高频段声压级 对整体排气 噪声的贡献也不 占主要地 位 ， ５ ０ ０ Ｈ ｚ 到５ ０ ０ ０ Ｈ ｚ 的中 高频段噪声贡献最大 ， 是最应 注意 的频段 ； 从带 与不 带消声器排气噪声 的 １ ／ ３ 倍 频程频谱 图可看 出 ， 带消 声器后 ５ ０ ０ Ｈ ｚ 到５ ０ ０ ０ Ｈ ｚ 中高频段依然是 噪声 贡献 最大 的频段 ， 在消声器改进设 计 中 ， 首先 应降低该 频 段 的声压 级 。为 了进 一 步提高 插 入损 失 ， 增 大 消声 为９ ９ ． ４ ｄ Ｂ （ Ａ ） ， 带排气 消声器 时为 ８ ２ ． ２ ｄ Ｂ （ Ａ ） 。
图３ 、 图４ 、 图 ５为上述工况 下 ， 带排气 消声器 和 不带排气消声器 的 １ ／ ３ 倍 频程频谱 图 。
２ 实验 结 果分 析 汽油机排气 噪声 主要 由三种成分组成Ｈ Ｊ ：
ａ ． 每秒排 气 数为 基频 的倍频 成 分 ， 其 各 谐次 频 率为：
＝ 效果 ， 提 出以下几点建议 ：
? ｋ （ ． ｊ ｝＿ ｌ ’ ２ ， ３ ） 在 安装空间允许 的条件 下 ， 增大扩 张 比 ， 进一 在尽 量减 小功 率损 失 的前 提下 ， 在 消声 器结 步降低 中频段排气噪声 。
? 式中， ｚ为气缸数 ； ｎ为转速 ， ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ； ｒ为 冲程 系 数， 四冲程 ｒ＝２ ， 二冲程 ｒ ：１ ； ｋ为不同 的谐 次 ； 为基 频 ， 较 高谐 次 的强度大大减弱 ， 因此其成 分主 要为低频成分 。对该汽 油机（ ３ 缸机 ） 来说， 在标 定工 况（ ６ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ） 时， 其基 频 和 ２ ， ３ ， ４ 倍 频分别 为 １ ５ ０ ， ３ ０ ０ ， ４ ５ ０ ， ６ ０ ０ Ｈ ｚ ； 在最大 扭矩工 况 （ ３ ６ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ） 时， 其 基频和 ２ ， ３ ， ４倍 频 分别 为 ９ ０ ， １ ８ ０ ， ２ ７ ０ ， ３ ６ ０ Ｈ ｚ ； 在 低 构 中采 用玻 璃纤 维等 阻尼 材料 ， 以加 大 对加速 噪声 测试 中影响较大 的高频段排气 噪声 的衰减作用 。
? 由于副 消声 器是 两个 共 振腔 结构 ， 可考 虑 加 长或增大共振腔尺寸 ， 使其 Ｋ值增大 ， 可 以加大吸声 带宽 ， 进一步增加插入损失 。
? 在主副 消声 器 中增加 穿 孔管 、 穿孔 板 与扩 张 速工 况时 （ １ ２ ０ ０ ｒ ／ ｍ ｉ ｎ ） ， 其 基频 和 ２ ， ３ ， ４倍 频分 别为 ３ Ｏ ， ６ ｏ ， ９ ０ ， １ ２ ０ Ｈ ｚ 。从所测 结 果 分析 ， 排 气 噪声 声压 室相结合 的结 构 ， 增大 中高频段 的插入损失 。
级 随转 速提 高而提 高 ， 低速 时排 气 噪声 与高速 时声 压 级相差近 ２ ０ ｄ Ｂ （ Ａ ） ， 声压 级 （ Ａ计 权 ） 高 之频 谱也 相 应移 向中频段 ， 由于噪声测试采用 Ａ计权 ， 因此将 线性频谱 上原本很高 的属 于低频段 的发火频 率噪声 降低 了 ， 而中高频段 的声压级变得 突 出 ， 这 与人耳 的 感觉 特性相 吻合 ， 也是要 解 决加速 行驶 噪声 问题 中 最应关注 的频段 。
从标定工况所 测排 气噪声 １ ／ ３的倍 频程 频谱 图 中可 以看 出 ， 中心频 率为 １ ６ ０ ， ３ １ ５ ， ６ ３ ０ Ｈ ｚ的频段 上 出现 较为 明显 的峰 值 ， 很 明显应 为排气 次数 的基 频 和２ 次、 ４次倍 频成分 。３次倍 频所 属频段 ４ ０ ０ Ｈ ｚ 处 ３ 结束语 通 过 以上的实验及分析 ， 可得 出以下结论 ：
ａ ． 汽油机排 气 噪声 声 压 级 随转速 提 高 而提 高 ， 低频段发火频率噪声 对整体 排气 噪声 的贡献 不大 ， ５ ０ ０ ０ Ｈ ｚ以上的特 高频 段声 压级 对整 体排 气 噪声 的 贡献也不 占主要地位 ， ５ ０ ０ Ｈ ｚ 到５ ０ ０ ０ Ｈ ｚ 的 中高频段 噪声贡献最大 ， 消声 器插入损失约 ２ ０ ｄ Ｓ （ Ａ ） 。
ｂ ． 在安装空 间允许 的条件 下 ， 增 大扩 张 比， 进 一 步降低 中频段排气噪声 。
ｃ ． 在尽量 减 小功 率损 失 的前提 下 ， 在 消 声器 结 构 中采用 玻璃 纤维 等 阻尼材 料 ， 以加 大对 加速 噪声 测试 中影 响较 大的高频 段排气噪声 的衰 减作用 。
ｄ ． 在主副 消声 器 中增 加穿 孔 管 、 穿 孔 板 与扩 张 没有 出现峰值 ， 反而 出现低谷 ， 这 应该 和排 气管 对不 同频率 噪声 产生不 同的影响有关 。
ｂ ． 气柱共 振 噪声 成分 ：
当排气 管 内压力 脉 冲频 率 与 ｆ＝Ｃ ／ ４ Ｌ及其较高谐 次倍频 相吻合 ， 就会 出现 较大 共振噪声 。如 与 厂 ＝Ｃ ／ ２ Ｌ及其 较 高谐 次 倍频 相 吻合 ， 则会 出现 反 共振 ， 使 这 一频率 的噪声 减 弱 。
其 中 Ｃ为排气状态下 的声速 （ ｍ ／ ｓ ） ， Ｌ为 气柱 的长度 室相结合 的结 构 ， 增 大中高频 段的插入损失 。
ｅ ． 由于副 消声 器是 两 个共 振 腔 结构 ， 可考 虑 加 长或增 大共振腔尺寸 ， 使其 Ｋ值增大 ， 可 以加大吸声 带宽 ， 进一 步增加 插入损失 。
［ 参 考 文 献］ （ １ ］ 钱 人一 ． 汽 车发动 机 噪声控 制 （ Ｍ］ ． 上海 ：
同济 大 学 出版 社。
１ ９ ９ ７ ． （ ｍ） 。排气 管共振的特点是 ， 其共振频率不 随转速 改 变， 从上 面的测试结果 图中可发现 １ ２ ５ ０ Ｈ ｚ 左右的频 段， 总有声 压级较大值存在 ， 它实 际对 应着 排气 管气 柱共振频率 。
ｃ ． （ ２ ］ 福 田基一 ． 噪声控 制 与消 声设 计 （ Ｍ ］ ． 北京 ：
国防 工 业 出 版社 ， １ ９ ８ ２ ． 除此 以外 ， 还有废 气喷注 噪声 、 高 速气流 和管 （ ３ ］ 马大猷 ． 噪声与振动控制工程手册（ Ｍ］ ． 北京 ：
机械工业 出版 社 ， ２ ０ Ｏ ２ ． 壁摩擦 的紊 流噪声 等 ， 这些 主要 为中高频成分 。
从 测试结 果分析 ， 插入 损失 约为 ２ ０ ａ Ｂ （ Ａ ） ， 测试 ［ ４ ］ 魏春源， 张卫正 ， 葛蕴珊 ． 高等 内燃机学（ Ｍ ］ ． 北京 ：
北京 理工 大学 出版社 ， ２ ０ ０ １ ． 中由于采用 Ａ计权 方式 ， 声 压级 大 的低 频 发火 频率
第6期 2004 年 12 月 内燃机 Internal bustion Engines No. 6 Dec. 2004 汽油机排气噪声及消声器实验研究 赵 1 ,徐林玉1 ,郝志勇2 骞 ( 1. 天津市汽车研究所 ,天津 300190...
2005年05期9赵骞,徐林玉,郝志勇; 汽油机排气噪声及消声器实验研究 [J];内燃机;... 四川工业学院学报;1999年04期 中国重要会议论文全文数据库 前1条1熊鸿斌;王海云;...
天津大学 硕士学位论文发动机排气噪声有源消声技术研究 姓名:孙吉娜 申请学位级别:... 摘要 中文摘要 排气噪声是发动机最主要的噪声源之一,当今消声器技术虽然比较成熟但...