内燃机排气消声器能消除或减小排气噪声的有效装置

　内燃机排气消声器是一种既能让气流通过, 又能消除或减小排气噪声的有效装置。它是控制气流噪声的一种主要方法。一个好的消声器在其工作气流的温度、压力环境下, 在需要的频率范围内应有较大的消声效果和较小的阻力损失。也就是说, 其插入损失(消声量) 要大, 功率损失比要小。同时, 消声器的体积要小, 结构要简单合理、坚固耐用。它们之间是相互影响与制约的。因此, 设计消声器时, 应根据我国有关标准以及用户的要求, 合理选用消声器结构型式和主要参数。本文根据笔者多年的消声器设计实践, 对抗性消声器设计时的主要参数选择作一简要介绍, 以起到抛砖引玉的作用, 促进我国消声器行业的发展。

1　排气消声器气流流通面积的确定

内燃机排气消声器工作在具有几百度高温的高速脉动气流中, 高速脉动气流能产生较大的排气噪声。气流对排气噪声的影响, 主要表现在: 气流可以改变声波在消声器内的传播规律; 气流可以产生再生噪声。气流改变声波传播规律主要反映在运动介质可以改变声波的波长。当声波传播方向和气流运动方向一致时, 声波在消声器中的衰减系数要下降,降噪量减少; 当声波传播方向和气流运动方向相反时, 消声器的衰减系数要增加, 降噪量增加。因此, 设计消声器时, 应将气流和声波流分开, 尽量降低背压, 提高消声效果。理论分析表明, 有气流存在时的衰减系数与1ö(1+ M ) 2成正比。式中,M 为马赫数。气流速度越大, 其衰减系数越小。当气流速度小于60m ös 时, 消声器衰减系数变化很小, 可以忽略。

气流再生噪声是指高速气流撞击消声器部件时, 振动噪声和气流运动形成的湍流所产生的噪声。气流速度的大小, 决定了气流再生噪声的大小。因此, 控制消声器中气流速度是消声器设计中的一个十分重要的问题。而控制气流再生噪声的主要措施是: 按照声源特性和消声器的消声值确定合适的流速。在一定的气流速度下, 选择合适的消声结构, 尽量降低气流的再生噪声。

一般, 消声器前插入管的气流速度可取v = 60～ 90m ös; 消声器内部的气流速度应控制在40～60m ös 范围内。

1. 2　消声器内部各流通面积的确定

当确定消声器进口直径d 1 之后, 便可以确定消声器内部各流通面积的大小。根据排气气流脉动程度, 可适当变更消声器内部的流通截面积, 使之排气气流比较稳定。一般, 消声器内部气流流通截面积前部可以大些, 后部截面积可以小些, 其流速应控制在40～ 60m ös 范围内。

2　排气消声器有效容积的确定

消声器的结构确定之后, 其容积大小的选择也是很重要的。容积过小, 往往导致内燃机功率损失过大, 消声效果下降; 容积过大, 虽有消声量大、阻力损失小、对脉动气流的缓冲作用大等优点, 但也往往使安装使用不便, 而且造成材料浪费。为了估算消声器容积V e 的大小, 下面介绍三种计算公式。