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1、第九章 内燃机整机噪声的防治,9.1内燃机噪声的控制标准在185986内燃机噪声测量方法规定测定内燃机噪声的规范性方法，而在n25986中小功率柴没机噪声限值则规定了中小功率柴油机作为产品出厂时的噪声限值。例如，我国交通部运输船舶舱室噪声标准中规定在无控制室的机舱，主机操纵处许可噪声为90dB（），对于无人机舱或有控制室的机舱允许噪声为100dB（），而在机舱控制室内则噪声允许值为75dB（）等。,9.2内燃机噪声控制中的隔声技术 在关于中小功率柴油机的噪声许可限值中，所规定的许可值仍是较高的，这大体说明了当前在降低内燃机噪声方面的技术状况。,内燃机噪声的阻隔方法降低内燃机噪声的技术措施，一是
2、从内燃机本身着手，从内燃机中各类噪声发声的机制中研究降噪的方法，这也是最根本的。二是采取各种隔声技术措施，将内燃机噪声予以阻隔以达到动力设备所规定的指标。当对内燃机的整机噪声进行了各种技术措施予以降噪后，若仍然具有相当高的噪声水平，而不能满足以内燃机为动力的动力装备的噪声要求，如要求噪声水平很严的小客车、舰船、机车，以及某些电站设备就必须采取将噪声予以阻隔等措施加以控制。,比较常用的技术措施有：1）用隔声墙、隔声罩或隔声室将内燃机隔离起来，挡住噪声向外辐射。2）当内燃机振动较大，为使振动力输出的传递系数减小而用专门的隔振元件对内燃机整体进行隔振。3）在采用隔声室、隔声罩待措施的同时，在内燃机的
3、四周布置有大量吸声材料用以吸声。4）在内燃机的板、管壳件等的强振动部件，采用阻尼支承或阻尼材料等用以抑制振动量级以减小噪声的辐射。应用有效的进排气消气器，消除进排气噪声。,内燃机部件的隔振措施对盖板的振动除了采用阻尼措施之外，采用隔振亦可获得较好的减振效果。对正时齿轮盖、气阀室盖可采用图92（b）的隔振橡胶组合衬垫固定方法。内燃机上的各种平坦的盖板以及骨架式机体的各面上的盖板等可采用图92（c）的隔振方式，这时固定法兰和盖板之间硫化上橡胶以隔离振动。当曲轴扭振或弯曲振动的频率和曲轴皮带轮固有频率重合时会出现峰值噪声。,9.2.3 隔声罩的原理与设计 1）隔声原理（1）大罩这里罩的大小是指机器相
4、对于罩内所占的空间而言。如果机器总体积小物罩内总体积的13，则可以将罩作为理论模中的大罩。定义噪声降低为（2）小罩（3）部分罩,内燃机中隔声罩的使用 1）局部隔声茧自缚在噪声辐射较强的表面上装设隔声装置。隔声罩用0.51.0mm厚的薄钢板制作，钢板离开噪声辐射表面应有1550mm的距离。隔声罩应当将噪声辐射表面封严，很小缝隙产生的漏声也将会大大影响隔声的效果。,1）全封闭整体隔声罩 就是将内燃机整个用隔声罩包围起来，隔声罩常用钢板制作。若在内壁敷以吸声材料，则降噪效果就更好。2）隧道式隔声罩 这种隧道式隔声罩可使车辆噪声约降低23dB（A），当隧道内表面采用吸声材料时，可降低34dB（A）。,
5、.内燃机气动力噪声的降低与消声器内燃机气动力噪声源是排气噪声、进气噪声、风扇噪声等。设计优良的消声器其消声量可达30dB以上。消声器概述对内燃机来说，消声器应该满足以下的要求：（1）消声性能好。消声器应根据噪声源的频谱特性，满足所需要的消声量。,（2）空气动力性能好。通过消声器后，气流阻力损失的大小是衡量消声器空气动力性能好坏的主要指标。柴油机的功率损失不宜超过3%-4%。（3）几何形状适宜。（4）机械强度高及保养方便。（5）结构刚性好。,目前，国内外评价消声器性能主要使用两个指标，即消声量和功率损失（或用阻力损失）。对于消声量，通常用插入损失、传递损失或末端减噪量等评价参数来表示。,1）插入
6、损失IL插入损失IL定义为消声器安装前后在某固定测点处测得的计权声级之差，即 ILp1p2插入损失不仅与消声器的消声性能有关，而且与声源特性、消声器出口端阻抗有关。在环境噪声大时，就不易测得精确。,1）传递损失TL其定义为消声器入口处入射和出口处透射的声功率级之差，它反映了消声器入口的噪声能量（入射声能）与消声器出口噪声能量（透射声能）之比。其表达式为消声器的传递损失TL属于消声器本身所具有的特性，它受声源与环境的影响较小。,由于声功率级不能直接测量，一般是通过测量消声器前后的平均声压级，再按下式求得：3）减噪量NR,除了用消声量来评价消声器的消声效果外，还必须知道消声器的频谱特性，即需要知道
7、在各个频率或频带上的消声量。一般均以倍频程来表示消声器的频谱特性。消声器所消声的有效频率范围越宽，同时消声量越高，则其消声性能越好。,1）功率损失比N为了考察消声器对内燃机性能的影响，通常采用功率损失比来评价。一般要求功率损失比N5。,消声器的设计步骤与依据内燃机进、排气噪声是一种宽频带噪声，在设计消声器时，需知道在各个频率成分上所必需的消声量，从而有选择地进行消声。根据有关的噪声控制标准的声级A，利用关系A5，将规定的声级换算成容许的数。曲线上对应容许数的噪声强度值与噪声倍频程频谱各中心频率上噪声强度相差的数值，即为在相应中心频率上满足标准，也满足声级标准的必需消声量。,求出噪声源的实际声功
8、率级，同时求出按噪声控制标准所允许的声功率级，将两者之差作为必需的消声量。设在距离r1处实测的频谱图某频率的声压级为p1，则相应的声功率级为 w1p1+201gr1+K w2p2+201gr2+K式中为修正系数。因此满足噪声控制标准所必需的该频率上的消声量为 w1w2,分别对倍频程中心频率都求出相应的消声量，即可绘制出必需的消声量频率特性。必需的消声量频率特性不但是消声器设计的基本依据，而且对确定消声器的合理结构方案，消声器的评价以及实现有目的消声等方面的均可提供许多有用的数据资料。由于人耳对高频噪声较敏感，故可用内燃机标定工况下的进排气噪声倍频程频谱作为消声器设计时使用的频谱。,9.3.3阻
9、性消声器的作用原理及其计算阻性消声器是利用在气流通道中布置吸声材料，并利用材料的吸声作用，使沿通道传播的噪声不断被吸收而逐渐衰减的装置。当声波进入消声器时，便引起消声器内所布置的多孔性材料中的空气和纤维发生振动。由于摩擦阻力和粘滞阻力，使一部分声能转化为热能而散失掉，就起到了消声的作用。阻性消声器对中高频范围的噪声具有较好的消声效果。,1）阻性消声器的结构形式管道内壁布置有吸声材料，常用的有超细玻璃棉、泡沫塑料、多孔吸声砖、工业毛毡等，而用能固予以固定的护面结构加以固定。通常采用的护面结构有玻璃布、穿孔板、窗纱、铁丝网等，应根据通道中气流的流速来确定。其最简单的形式为单通道直管式，特点是结构简
10、单，气流阻力损失小。直管式阻性消声器对中、高频率噪声有较好的消声效果。但是，对一定截面的消声器而言，当频率高出某一限度后，其消声性能会显著下降。这是因为对于一定的消声器通道来说，当频率高到一定数值时，声波会以窄束状通过消声器，以至很少或根本不与吸声材料饰面接触，而起不了消声作用。,折板式消声器，它实际上是片式消声器的变型，将直片做成折弯状，能增加声波在消声器内反射的次数，即增加声波与吸声层接触的机会，能提高消声效果。缺点是阻力损失大，因此在流速较高的场合就不宜采用。声流式消声器，它是折板式消声器的改进型。它的吸声层制成正弦波形，当声波通过时，增加反射次数，故可改善吸声性能，并能显著降低气流阻力
11、损失，其缺点是加工复杂，成本高。,1）阻性消声器消声量的计算有关阻性消声器消声量的计算公式 与吸声系数a有关的消声系数，见表93,1）阻性消声器的临界失效频率如果通道截面过大，当声波频率高到一定数值时，声波将形成声束而在管道中几乎像肖波一样地直线通过，这时声束与吸声材料的表面接触很少，而使消声量大大降低。当声波波长小于通道截面尺寸的一半时，消声效果便开始下降。一般将消声量开始降低点的对应频率称为临界失效频率o，或称高频失效频率，可用下面的经验公式计算，即当频率高于失效频率o后，每增加一个倍频带，其消声量约下降13，具体可用下式估算，即,1）消声器的再生噪声对于实际的消声器，气流将对消声器的声学
12、特性产生影响，其表现为：一是气流的存在会引起声传播和声衰减规律的变化；二是气流会在消声器内产生附加噪声，即所谓的再生噪声。气流再生噪声产生的大机理大致有二：一是气流经过消声器时，由于局部阻力和摩擦阻力将形成一系列湍流，由此而辐射出噪声；二是气流会激发消声器的构件振动，而辐射出噪声。,气流再生噪声通常是低频性噪声。从试验可知，随着频率的增高，声级逐渐下降，每增加一个倍频程声级大约下降6dB。再生噪声的倍频程声压级可按下式计算，即 BZ7260lgu201g,1）阻性消声器的设计步骤（1）确定消声器的结构形式根据气体流量主消声器所控制的平均流速计算所需的通道截面。对内燃机的排气流速应选在3050m
13、s左右。（2）选用合适的吸声材料 在选用吸声材料时，除考虑吸声性能外，还要考虑消声器的使用环境。如排气消声器则应考虑用能耐高温、耐腐蚀的吸声材料。（3）确定消声器的长度（4）合理选择吸声材料的护面结构（5）验算消声器的临界失效频率和再生噪声,抗性消声器的作用原理及其计算抗性消声器主要是通过控制声阻抗的大小来消声的。它与阻性消声器不同，它不使用吸声材料，而是在管道上连接截面发生突变的管段或旁接共振腔，利用声阻抗失配，使某些频率的声波在阻抗突变的界面处发生反射、干涉等现象，从而达到消声的目的。最常用的抗性消声器有扩张式和共振式两种。,抗性消声器的性能主取决于它的几何尺寸和形状，即如何使管子与膨胀腔
14、或共振腔适当的匹配，以使某些频率或频段的噪声进行反射，而使这部分噪声不能通过消声器。抗性消声器主要用于消减中低频噪声。利用一维平面波理论，即可对不同结构抗性消声器的传递损失和插入损失进行预测。,1）扩张式消声器的计算（）单室扩张式消声器的计算根据平面波理论，声波在管道截面突变处传播时，声能的一部分继续向前传播，而另一部分向声源反射回去。（a）传递损失,（b）插入损失,由上两式可知：消声器的传递损失和插入损失随扩张比m的增大而增大，所以要增加消声量可使2增大或缩小1和3。当sinkl21时，消声器将在某频率下出现最大消声量。为使sinkl21，则kl2应是2的奇数倍，即kl2（2n1），n1，2
15、对应最大消声量的频率为,当sinkl2消声器将在某频率下出现零消声量，即某些频率的噪声从消声器通过而传播出去。零值消声量所对应的频率称为通过频率min。要使sinkl2，则kl2n，故,l2增大对消声器的最大消声量没有影响，但最大消声量时的频率将向低频方向移动。图914给出空腔长度l2对消声特性的影响。由于单室扩张式消声器存在通过频率，且消声量取决于m的大小，m过大将受到结构设计总布置的限制，因此实用上多不采用单室，而是采用双室或多个扩张室组合成的消声器。,（2）外接管双室扩张式消声器的计算传递损失：其中插入损失：,（3）内插管单室扩张式消声器的计算从前述两类消声器的消声频率特性来看，都存在着
16、若干个通过频率，为了使所设计的消声器能达到整个频率范围内必需消声量的要求，就必须解决通过频率的问题。方法之一便是采用如图917所示的带内插管的扩张式消声器。,（a）传递损失：根据压力传递关系，使用和前述同样的截面上压力相等、体积流量连续原则，可以推导出其传递损失的计算公式如下：（a）插入损失：由四端网络线路的矩阵传递关系可得,图918给出了内插管单室扩张式消声器传递损失和插入损失的计算曲线。由图可见，加入规定尺寸的内插管后，使通过频率之间的间隔加长了，但关没有彻底消除通过频率；在较宽广的频域内，消声量曲线比较平坦。,（1）内接管双室扩张式消声器的计算由传递损失和插入损失计算公式可见，此类消声器
17、的消声量仍取决于扩张比。,为了在各个频带内获得足够的消声量，扩张式消声器的设计往往需将前述各种扩张腔结构适当地加以组合。此外，理论和实践都表明，扩张式消声器并不是在全部频率范围都有消声作用，即存在有上限失效频率u和下限失效频率l，消声器对噪声中高于u和低于l的成分不起消声作用。一般u与l可按下式求得,1）共振式消声器的计算共振式消声器是由管道壁开孔与外侧密闭空腔相通而构成的。典型的旁支型共振器如图921所示，也换亥姆霍兹共振器。当气流在小孔中运动时由于颈壁的摩擦和阻尼，使相当一部分声能变为热能而消耗掉，这就如同振动系统中的阻尼；而充满气体的空腔具有阻碍来自小孔的压力变化的特性，相当于是一个弹性
18、原件，这就组成了一个振动系统。当外来声波的振动频率与共振器的固有频率相同时，将发生共振。这时振动的强度达到最大，空气柱在孔颈中运动的速度及摩擦损耗也就最大，吸收的声能也就最多，达到了消声的效果。,根据声电类比可以得出共振室的共振频率为:共振式消声器的插入损失和传递损失可由以下两式计算：,当频率n时，IL和TL变为无穷大。然而实际共振腔的颈部是有一定损失的，当n时实际情况应如图922中虚线所示。共振式消声器在共振频率附近有很大的消声量，但偏离共振频率后，消声量则迅速下降，即其消声频带很窄。,内燃机消声器的构造 1）进气消声器在非增压的四冲程内燃机中，进气噪声主要以内燃机每秒的工作循环数为基频及其倍频所组成，其总的频谱以中低频为主，因此可用抗性及阻抗复合式消声器，并且往往与空气滤清器做成一体。在涡轮增压或机械增压用的离心式压气机中，它的进气噪声以高频成分为主，大多采用阻式消声器。,1）排气消声器内燃机排气噪声的频率成分以低频为主，因此主要采用抗性消声器。,
