柴油机转速对抗性消声器消声效果影响的研究_胡效东

收稿日期:2008-04-14;修改日期:2008-06-02基金项目:山东省科技发展计划项目资助(项目编号:2007G G 3W Z 04017)作者简介:胡效东(1971-),男,山东曹县人,副教授,博士,研究方向:计算流体力学,振动与噪声,过程装备与控制。

文章编号:1006-1355(2009)01-0126-04柴油机转速对抗性消声器消声效果影响的研究胡效东1,　王吉岱1,　孙　静1,　周以齐2,　方建华2(1.山东科技大学机械电子工程学院,山东青岛　266510;2.山东大学机械工程学院,济南　250061) 摘　要:通过采集不同转速柴油机空载排气噪声和抗性消声器的排出噪声声压信号,分析相应噪声声压信号的频谱特性,计算该抗性消声器在柴油机不同转速下的消声效果。

得出结论,柴油机的排气噪声在不同转速时的频谱特性相似,排气噪声的强度随柴油机转速的加快而增大,抗性消声器的消声量也随柴油机转速的提高而增大。

关键词:声学;柴油机;频谱分析法;抗性消声器;插入损失中图分类号:U 464.134.4;T B 535.2 文献标识码:AI n f l u e n c e o f R o t a t i o n V e l o c i t y o f D i e s e l o nt h eN o i s e E l i m i n a t i o n o f R e s i s t a n c e Mu f f l e rH UX i a o -d o n g 1,　W A N FJ i -d a i 1,　S U NJ i n g 1,　Z H O UY i -q i 2,　F A N GJ i a n -h u a2(1.C o l l e g e o f M e c h a n i c a l a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e r i n g ,S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,Q i n g d a o S h a n g d o n g 266510,C h i n a ;2.S c h o o l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ,S h a n d o n g U n i v e r s i t y ,J i n a n 250061,C h i n a ) A b s t r a c t :T h ea c o u s t i c p r e s s u r e s i g n a l s o f r e s o u r c e n o i s e a n dt h e n o i s e e x h a u s t e do u t o f m u f f l e r w i t hd i f f e r e n t d i e s e l r o t a t i o n a l v e l o c i t y h a v e b e e n c o l l e c t e d ,a n d t h e i n f l u e n c e o f d i e s e l r o t a t i o n a l v e l o c i t y o n t h e d o u b l e n o i s e h a s b e e n r e s e a r c h e d w i t h t h e s i g n a l a n a l y s i s m e t h o d o f s p e c t r u m .C o r r e s p o n d i n g c o n -c l u s i o n s h a v e b e e n o b t a i n e d a s f o l l o w i n g :t h e r e s o u r c e n o i s e h a s s i m i l a r s p e c t r u mp e r f o r m a n c e s u n d e r d i f -f e r e n t d i e s e l r o t a t i o n a l v e l o c i t y ;t h e a m p l i t u d e o f r e s o u r c e n o i s e i n c r e a s e s w i t h t h e d i e s e l r o t a t i o n r i s i n g ;t h e r e s i s t a n c e m u f f l e r u s e d o n t h e e x c a v a t o r h a s g o o d n o i s e e l i m i n a t i o n a t d i f f e r e n t s p e e d o f d i e s e l r o t a -t i o n a l v e l o c i t y ,a n d t h e i n s e r t l o s s i n c r e a s e s w i t h t h e d i e s e l r o t a t i o n a l v e l o c i t y r i s i n g .K e y w o r d s :a c o u s t i c s ;d i e s e l ;s p e c t r u m a n a l y s i s ;r e s i s t a n c e m u f f l e r ;i n s e r t l o s s 发动机是车辆主要的噪声源,优化抗性排气消声器结构一直是降低柴油机排气噪声的重要手段之一[1]。

传统抗性消声器主要用来消除中低频噪声[2]。

随着对抗性消声器结构的研究进一步深入,采用穿孔管和内插管相结合结构的消声器在高频段也有比较好的消声效果[3,4]。

随着转速的提高,柴油机内部的燃烧噪声不断提高[5]。

柴油机的结构对于燃烧噪声来说相当于一个衰减器,低频段的衰减比较大,高频段的衰减小。

由此可见,柴油机消声器的消声对中高频波段的消声效果非常重要。

山东大学的刘丽萍用试验法研究了基本抗性消声器单元在流体影响下的消声特性[6,7]。

本文通过测量某型号挖掘机在不同转速下柴油机的排出噪声和消声器排出噪声的声压信号,用频谱分析法分析它们的频谱特性,研究柴油机转速对噪声源噪声和消声器消声效果的影响规律,为抗性消声器声学方面的设计提供参考。

1　柴油机噪声信号采集为了尽量减小声波反射和环境噪声的影响,抗性消声器的声学性能试验选择在空旷的试验场上夜间进行,试验的环境噪声A 计权1/3倍频程声压噪　声　与　振　动　控　制第1期 2009年2月　127　系统处于静止状态。

按照G B /T 4759《内燃机排气消声器测量方法》的要求,采用距排气管口0.5m 、水平位置45°方向,并且传声器面对气流方向进行测量,装置示意图如图1所示[8]。

试验是在存有本底噪声的条件下进行的,不考虑本底噪声的影响。

采用等直径的弯管(替代管)代替消声器安装在发动机上,测量替代管排气口处的噪声信号作为噪声源噪声。

噪声源噪声和抗性消声器排出噪声声压信号的采集采用相同的方法。

本文采用穿孔管和内插管相结合的四膨胀腔抗性消声器结构,如图2所示。

图1　图1消声器声学特性测量装置a 、b 、c 分别为声级计测量噪声的三维位置d为声压信号采集系统连接图图2　抗性消声器简图2　噪声源噪声信号频谱特性分析为了研究柴油机的转速对相应噪声信号的影响特性,选择的柴油机转速分别为1100、1400、1700、2000和2200r /m i n 。

噪声源声压信号的功率频谱图如图3a ～e 所示。

在进行频谱分析时,为了能更好地表达噪声信号的频谱特性,对功率谱的图3　柴油机转速对噪声源信号的影响a ,b ,c ,d ,e 分别是柴油机转速为1100、1400,柴油机转速对抗性消声器消声效果影响的研究幅值进行了调整,幅值超过一定值部分被削平,如各图中所示,被削平部分的频谱特性在第4部分进一步分析。

从图3可以看出,噪声源声压信号随着柴油机转速的提高,逐渐增强。

除了一些由于柴油机转速的增加而增加的基频噪声和相应谐波发生变化外,高频噪声变化不大。

这是由于是该频段噪声产生的机理变化不大。

当柴油机转速从1100r /m i n 到2200r /m i n ,高于4000H z 的高频段的噪声声压信号逐渐增强。

经过消声之后的噪声信号在低于200H z ,1500H z 和3200H z 附近的比较明显。

说明柴油机在不同转速的情况下,噪声的强度各有不同,但是噪声的频谱特性并不随柴油机的转速而变化。

3　消声器排出噪声信号频谱特性分析图4a -e 分别为柴油机相应转速下的抗性消声器排气噪声信号的功率谱。

由于消声器排气噪声在高于4000H z 的高频段声压幅值相对比较小,在图中没有具体显示,此处主要分析低于4000H z 频段的功率谱特性。

图4a 是柴油机安装消声器之后转速为1100r /m i n 时排气噪声信号的功率频谱图。

与图3a 相比可以看出,除了低于220H z 的信号还有比较大的幅值外,其它信号的功率谱幅值均大大降低。

测试结果表明该消声器在0-8000H z 频段均有比较有效的消声效果。

图4b 是经过消声之后的噪声信号功率频谱图。

与图3b 相比,可以看出该消声器的消声效果明显,但是在频段230H z 以下和1200-1500H z 频段的频谱幅值仍然比较大。

图4c -e 分别是柴油机在转速1700r /m i n 、2000r /m i n 和2200r /m i n 时的消声器排气噪声信号的功率谱,如图所示,噪声信号比较强的频段均包括小于500H z 、600-3500H z 和3800-6000H z 三个频段。

从图4a ～e 的消声器排出噪声可以看出,该消声器在柴油机各转速都有比较好的消声性能。

由于存在柴油机外壳辐射噪声和风扇机械噪声等噪声干扰,500H z 、1150-1700H z 和3000-3250H z 频段噪声还较大。

图4　柴油机转速对消声器排气噪声信号的影响a ,b ,c ,d ,e 分别是柴油机转速为1100、1400,噪　声　与　振　动　控　制第1期 2009年2月　129　4　基频噪声信号分析在低频段功率谱比较高的幅值所对应的频率和柴油机转速之间的关系如表1所示。