對柴油機排氣消聲器的設計優(yōu)化

謝能金

摘要：正是因為柴油機本身具有較高的熱效率，因此被廣泛應用到各個行業(yè)之中，但是也因為柴油機工作相對較為粗暴，噪聲較大，所以如何進一步降低柴油機的噪聲問題儼然已經(jīng)成為最為棘手的問題所在。尤其是消聲器設計的好壞會直接影響到柴油機的排氣噪聲大小?；诖吮疚墓P者即結合相關參考文獻，就柴油機排氣消聲器進行優(yōu)化設計，以此進一步降低柴油機的噪聲問題。

關鍵詞：柴油機;消聲器;結構設計;設計優(yōu)化

前言：

柴油機排氣消聲器設計工作本身就是一項極為復雜的系統(tǒng)性工程，其設計好壞不僅會直接影響到整個柴油機排氣噪聲大小，同時還會對消聲器本身的機構性能造成一定的影響。所以進一步優(yōu)化柴油機排氣消聲器設計，以此降低柴油機排氣噪聲則尤為重要。為此以下筆者即以CBTK00型柴油機為例展開粗淺的探討，以期能夠進一步提高消費者在使用柴油機過程中的舒適度。

1.消聲器的結構設計

第一，確定氣流流通面積。在設計消聲器的過程中，合理的控制消聲器中的氣流速度，盡可能的降低氣流對消聲效果所帶來的影響，對氣流的再生噪聲有著十分積極的抑制作用。因此氣流速度的控制是消聲器結構設計中一個十分關鍵的參數(shù)所在。通常情況增大管道流通面積雖然能夠減少氣流速度，但是卻會導致消聲器夸張比減小。所以，在綜合的考慮氣流速度與擴張比的前提下，可以將消聲器內部氣流速度控制在40～60m/s范圍內。因為CBTK00柴油機的排氣消聲器，其進口直徑為60mm，截面積為2826mm2，并且因為消聲器的內部有穿孔板和穿孔管的存在，流通面積為1865m2，這也就是消聲器內部的有效的流通面積。本次設計中CBTK00柴油機的實際進氣流量為84m3/h，消聲器內的排氣流速為41m/s，其流通面積則應該為1865m2。

第二，選擇消聲器的腔數(shù)與腔長。對于消聲器而言，想要獲得較好的高頻消聲效果必須要增加腔數(shù)，這樣不僅會造成低頻消聲效果相對較差，還會進一步增加制造與加工成本。而如若想要獲得較好的低頻消聲效果而減少腔數(shù)，又會造成高頻消聲效果較差。所以在綜合考量CBTK00型柴油機的排氣噪聲頻譜特性以后，將消聲器均勻的分割成為2到3個腔最為適宜。此外，當消聲器各個腔體內部的消聲峰值和排氣噪聲主要峰值相同時，消聲器的效益效果最佳，所以通過排氣噪聲頻譜特性還可以確定各個腔的長度。需要注意的是因為消聲器的第一腔對高速氣流具有緩沖作用，所以將第一腔設計為最長腔的做法最為常見。當然因為消聲器最后一腔的氣流的平均溫度上最低，所以在新方案中也可以將最后一腔設計成為最長腔。

第三，選擇消聲元件。確定好消聲器的腔數(shù)與各腔長度以后，可以直接采取在隔板上開孔的方法對各個腔體進行連接，也可以采取內插管連接方法。而選擇內插管的方式既可能增大有效消聲頻段內的消聲量，也能夠減少大部分的通過頻率，有效提高擴張腔內的消音性能。所以，在CBTK00型柴油機的排氣消聲器腔體之間使用內插管連接最為適宜。此外為了彌補這種消聲器在高頻段上存在的消聲量不足這一問題，可以使用穿孔消聲元件。

2.消聲器設計優(yōu)化方案

基于上述消聲器結構設計內容，我們可以清楚的看到對消聲器消聲性能造成較大影響的具體參數(shù)，進而以此為切入點，設計出兩種消聲器，分比為1#，2#。

1#消聲器的外殼尺寸為Φ210×264mm，采用的是三腔回流結構，最長腔為第三腔，一二腔之間使用穿孔板，出口管則采取穿孔管結構。在穿孔管與穿孔板之間布置66個Φ6小孔，流通面積為594π（mm2），進口流通面積為576π（mm2）并小于穿孔流通面積?？刹扇U大容積、增加腔數(shù)、采用內插管的方式進行改進。具體而言可以將殼體的直徑加大至210mm，長度加大至268mm，從而進一步增大了容積比與擴張比。

2#消聲器依舊采取原有直徑與長度，173mm、264mm。采取帶有穿孔管的回流結構作為消聲器的內部結構。同時為了獲得更加良好的消聲效果，進出口管均可使用穿孔管。腔內部的四根流通管直徑為34mm，流通面積為578π。此外為了方便打孔以及孔的布置，應將進氣口直徑改為60mm，小孔直徑為5mm，進氣管布置96個孔，流通面積為600π，排氣管出口同樣布置96個孔。

3.試驗驗證

通過對CBTK00型柴油機九點聲壓級的實驗測量，計算整機的聲功率級，對新型消聲器的消聲性能加以考察，具體如表1所示。

從表1中我們可以清楚的看到，1#消聲器雖然具有較好的消聲效果與油耗性能，但是因為體積相對較大，所以在安裝、生產方面會產生一定的影響，成本會被進一步加大。

而2#消聲器雖然體積較小，適合于批量生產，但是在消聲效果與油耗性能上則稍顯遜色，想要達到國家標準的整機噪聲水平需要對發(fā)動機的其他部件進行改進。

從整體的試驗研究來看，尺寸相對較小的消聲器更加適合工廠的大批量生產，值得進行深層次的研究與論證。

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