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东方红LR6105柴油机新型排气消声器的研制 |
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作者：一拖 刘廷振 杜阳 赵宝道 |
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摘要本文研究了东方红LR6105柴油机配用的5种不同结构的新型排气消声器，其中消声效果最好的新型2号消声器与原配消声器相比，发动机台架排气噪声可降低12.8dB(A)，汽车整车噪声可降低1.2dB(A)。
关键词：柴油机；噪声；排气；消声器
1前言
东方红LR6105柴油机是东方红LT1101载重汽车配套用发动机。LT1101汽车整车噪声较高，原因之一是LR6105柴油机原配消声器的消声效果不理想，满足不了汽车消声器的需求。为了降低LT1101汽车的整车噪声，设计了5种不同结构的新型消声器，并对各种消声器进行了发动机台架试验及汽车整车噪声测量。结果表明，新型2号消声器的消声效果最好，它与原配消声器相比，新型2号消声器发动机台架排气噪声降噪量为12.8dB(A)，汽车整车降噪量为1.2dB(A)。
2原配消声器结构、性能分析及新型消声器的设计
2.1原配消声器结构和性能分析
图1(a)为东方红LR6105柴油机原配消声器结构简图。其标定工况下测得的消声器插入损失为19.0dB(A)，见表1。而载重汽车排气消声器的插入损失一般要求25dB(A)以上。因此，原配消声器的消声量偏小，满足不了载重汽车用发动机排气消声器消声量的需求。原配消声器消声量偏小的原因主要有：(1)结构单一，仅由三级扩张室组成。(2)容积偏小。(3)内部缺少消声效果好的穿孔声学元件。
（a）原配消声器
（b）新型1号消声器
(c)新型2号消声器吸声材料：玻璃纤维
(d)新型3号消声器吸声材料：岩棉
(e)新型４号消声器
(f)新型５号消声器
图1消声器结构简图
2.2新型消声器的设计
为进一步降低发动机的排气噪声，设计了5种不同结构的新型消声器，其结构简图如图1(b)、(c)、(d)、(e)、(f)所示。消声器主要技术参数的确定如下文所述。
2.2.1消声器容积比的确定
在设计消声器时，首先要确定消声器的容积比，即消声器总容积V与发动机排量Vh之比(V/Vh)。
英国道纳逊公司L.H.Billey在《柴油机工程手册》(Disel Engineering Hand Book)中推荐，对于气缸排量为Vh、缸数为N、转速为n的四冲程发动机可用下式估算消声器的总容积V［1］
式中K为常数，K=35000，此值适用于载重汽车。
根据式(1)，对LT1101载重汽车用LR6105柴油机排气消声器的总容积进行计算，取K=35000、n=2800r/min、N=6，可得：
即容积比
LR6105柴油机原配消声器的容积比经计算为3.9，低于式(2)的计算值。原配消声器容积比偏小，它是造成消声效果较差的原因之一。由式(2)的理论计算结果，结合消声器在汽车上的总体布置情况，选定的5种新型消声器容积比均为5.5，略大于理论计算值。
2.2.2消声器腔数的确定
单腔消声器很难满足发动机排气噪声消声量的要求，实用的发动机排气消声器大多由2～4腔组成。研究表明，消声器的消声量并不是随腔数的增加而按比例增加。相反腔数越多，排气背压越大；消声器的功率损失也越大；并且消声器的结构、重量、工艺性能都差，因而超过4腔将是得不偿失的。消声器腔数选择原则是在满足消声量要求的前提下，尽量选用腔数少的消声器。
LR6105柴油机原配消声器为3腔结构，为增大消声量所设计的5种新型消声器均采用4腔结构。
2.2.3穿孔管、穿孔板的穿孔率及孔径的确定
新型消声器增加了穿孔管及穿孔板声学元件。穿孔声学元件主要利用小孔对气流的阻滞作用达到消声的目的。穿孔声学元件的降噪量主要与穿孔率、小孔孔径有关。穿孔率越小、小孔孔径越小，消声量越大。但穿孔率过小、小孔孔径过小，气流的流动阻力损失则越大，造成发动机功率损失亦大，经济性能变差。一般穿孔声学元件小孔孔径取为φ3mm～φ8mm，穿孔率可取为7%～15%［2］。
所设计的新型1号消声器穿孔管穿孔率为10.1%，孔径为φ6mm；穿孔板穿孔率为11.0%，孔径为φ6mm。新型2、3、4、5号消声器的穿孔管穿孔率均为9.5%，孔径为φ6mm，穿孔板穿孔率为11.3%，孔径φ4mm。
新型5号消声器无穿孔板，由内插管代替穿孔板。
2.2.4吸声材料的选取
新型2号和3号消声器的第一腔和第四腔内布置有多孔吸声材料。当声波传到多孔吸声材料表面时大部分将被吸收，从而达到消声的目的。内燃机排气消声器选用的吸声材料除应有较高的吸声系数外，还应具有耐高温、耐腐蚀的特性。考虑到柴油机排气噪声中高频程(250Hz～4000Hz)上的噪声最高，见图2。故分别选用超细玻璃纤维和岩棉作为新型2号、3号消声器吸声材料。这两种吸声材料的吸声系数都很高，特别在中高频上的平均吸声系数均超过0.8［3］。超细玻璃纤维耐高温700℃，岩棉耐高温650℃，且这两种材料均具有较好的耐腐蚀性能，所以完全能满足内燃机的使用条件。
图2消声器排气噪声频谱
A-原配消声器B-新型2号消声器
3消声器试验
3.1发动机台架试验
按GB4759-84《内燃机排气消声器测量方法》对消声器的插入损失及功率损失在发动机台架上进行了测量，试验结果见表1。新型2号消声器的插入损失最高，达31.8dB(A)，比原配消声器的19.0dB(A)高出12.8dB(A)。其余新型3、4、5号消声器分别比原配消声器高10.8dB(A)、9.9dB(A)及7.1dB(A)。新型2、3、4号消声器的功率损失和油耗与原配消声器相比变化不大。新型1、5号消声器的功率损失和油耗与原配消声器相比略有增加。
图2为原配消声器和新型2号消声器的排气噪声频谱。从图中可以看出，新型2号消声器与原配消声器相比其排气噪声在整个频率范围内都有较大降噪量，特别在排气噪声高的中高频程上的降噪量最大。
3.2汽车整车噪声测量
为考查消声器对汽车整车的降噪效果，按GB1496-79《机动车辆噪声测量方法》进行了试验，选取新型1、2、4号及原配消声器对LT1101载重汽车进行了车外加速噪声测量，结果见表2。从表2可知，新型2号消声器的降噪效果最好，它与原配消声器相比，车外加速噪声降低1.2dB(A)。新型1号消声器降噪量为0.3dB(A)，新型4号消声器降噪量为0.5dB(A)。装备新型2号消声器后，LT1101载重汽车的车外噪声已降至85.5dB(A)，低于GB1495-79规定的86.0dB(A)的限值。
4结论
(1)原配消声器结构单一，容积偏小，消声效果较差，满足不了汽车消声的需求。
(2)新设计的5种消声器中，新型2号消声器的消声效果最好。发动机台架排气噪声降噪12.8dB(A)，汽车整车降噪1.2dB(A)。LT1101汽车使用新型2号消声器后，其车外噪声已低于GB1495-79规定的86.0dB(A)的限值。
(3)配装新型2号消声器的发动机功率损失及燃油消耗与原配消声器变化不大，说明新型2号消声器在增大消声量的同时，并没有影响发动机的动力性能和经济性能，这说明新型2号消声器的设计是可行的。为降低LT1101汽车的整车噪声，可考虑将新型2号消声器作为原配消声器的替代产品。
(end)
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(6/12/2004) |
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