李寧

由于內(nèi)燃機(jī)的廣泛應(yīng)用，使內(nèi)燃機(jī)成了城市交通噪聲及其他環(huán)境噪聲的重要噪聲源之一?，F(xiàn)代內(nèi)燃機(jī)的噪聲級(jí)一般為85～110 dB（A）。噪聲對(duì)人的危害涉及到生理、精神和感情等多方面，影響人們正常生活，損害聽力，引起多種疾病，降低工作效率。通常汽油機(jī)的噪聲級(jí)較柴油機(jī)低。現(xiàn)代柴油機(jī)的噪聲大大超過(guò)了環(huán)境保護(hù)允許值，從保護(hù)操作者聽力的要求出發(fā)，應(yīng)該研究柴油機(jī)噪聲機(jī)理及降操措施。

柴油機(jī)作為噪聲源，按其輻射方式可分為直接向大氣輻射的氣體動(dòng)力噪聲和通過(guò)柴油機(jī)外表面間接輻射的表面噪聲兩大類。前者主要包括排氣噪聲、進(jìn)氣噪聲和風(fēng)扇噪聲等，后者主要包括燃燒噪聲和機(jī)械噪聲。

1.噪聲允許標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO）曾提出：為保護(hù)人耳聽力，在每天工作8 h情況下允許的連續(xù)噪聲為90 dB（A）；工作時(shí)間為4 h，允許值可提高3 dB（A）；任何情況下都不允許超過(guò)115 dB（A）。

對(duì)柴油機(jī)噪聲的允許標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)在1986年發(fā)布了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB259-86《中小功率柴油機(jī)噪聲限值》（1987年3月1日實(shí)施）。對(duì)單缸機(jī)規(guī)定，水冷式標(biāo)定功率Neb≤9.5 kW（約13馬力），噪聲功率極限值Lω（A）≯107 dB（A）；Neb>9.5 kW，限值Lω（A）≯109 dB（A）；風(fēng)冷機(jī)限值Lω（A）≯110 dB（A）。

2.柴油機(jī)進(jìn)氣噪聲的消聲方法

據(jù)估算，非增壓四沖程柴油機(jī)的進(jìn)氣噪聲比表面噪聲大5～6 dB，增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣噪聲往往是發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)最強(qiáng)的噪聲源。

進(jìn)氣噪聲與進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有密切關(guān)系。增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣噪聲主要與增壓器的壓氣機(jī)有關(guān)。非增壓柴油機(jī)的進(jìn)氣噪聲隨轉(zhuǎn)速的提高而迅速增強(qiáng)，但與負(fù)荷的變化基本上無(wú)關(guān)。這是由于轉(zhuǎn)速提高后，吸入空氣的流速增大，進(jìn)氣管入口處空氣壓力脈動(dòng)的強(qiáng)度和頻率隨之提高的原因。

進(jìn)氣噪聲的來(lái)源為：（1）空氣在進(jìn)氣管中的壓力脈動(dòng)產(chǎn)生低頻噪聲；（2）空氣以高速流經(jīng)進(jìn)氣門流通截面時(shí)形成渦流，產(chǎn)生高頻噪聲，由于進(jìn)氣門流通截面是變化的，這種渦流噪聲便具有一定寬度的頻率分布；（3）氣缸內(nèi)氣體在一定壓力下的受迫振動(dòng)、氣門落座聲音及進(jìn)氣管的振動(dòng)等；（4）二沖程內(nèi)燃機(jī)掃氣泵的噪聲。

進(jìn)氣噪聲的降低方法有：（1）減小進(jìn)氣管內(nèi)壓力脈動(dòng)的強(qiáng)度及在氣門通過(guò)截面處的渦流強(qiáng)度，如采用波紋管作為進(jìn)氣管可使壓力脈動(dòng)得到緩沖，如在固定式內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)置膨脹腔起到穩(wěn)壓作用，實(shí)際上也是一種進(jìn)氣消聲措施，它利用流通截面的突變可使部分聲波反射回聲源。（2）采用進(jìn)氣消聲器，這是最有效、最常用的方法，一般進(jìn)氣消聲器與空氣濾清器合為一體。車輛上常用的油浴式空氣濾清器，從進(jìn)氣消聲的角度看，就是一種阻性（吸收型）消聲器，再加上濾清元件作為吸聲材料使聲能轉(zhuǎn)化為熱能，適于在較寬的中高頻范圍消聲。（3）采用類似排氣消聲器那樣的抗性消聲器或阻抗復(fù)合式消聲器。

3.柴油機(jī)排氣噪聲的消聲方法

排氣噪聲的來(lái)源類似于進(jìn)氣噪聲，有：（1）廢氣在排氣管中的壓力脈動(dòng)；（2）排氣門流通截面處的渦流；（3）氣缸內(nèi)氣體在一定壓力下的受迫振動(dòng)及氣門落座噪聲等。

排氣門剛開啟時(shí)，氣體由氣缸內(nèi)以聲速排入排氣管，缸內(nèi)氣體壓力急劇下降，使排氣門附近發(fā)生局部壓力的劇變而生成壓力波，此壓力波在缸內(nèi)多次反射，這樣產(chǎn)生的噪聲成分主要是低頻的，其中最強(qiáng)的幾個(gè)諧波成分的頻率可以用公式求得。

廢氣渦輪增壓柴油機(jī)的排氣能量在渦輪機(jī)中部分地轉(zhuǎn)化成了機(jī)械能，因此在渦輪機(jī)出口處的排氣流比較平穩(wěn)，排氣噪聲較弱。

排氣噪聲與排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有極大關(guān)系。所以要合理確定排氣管結(jié)構(gòu)，避免發(fā)生共振，減少渦流。排氣噪聲也與內(nèi)燃機(jī)缸數(shù)、轉(zhuǎn)速、排氣背壓、排氣門開啟的時(shí)間、斷面和燃燒室設(shè)計(jì)等有關(guān)。

排氣噪聲消聲的最常用、最有效的方法是采用排氣消聲器。消聲器應(yīng)該針對(duì)噪聲源的頻譜特性滿足所需的消聲量；應(yīng)該是空氣動(dòng)力性能好，阻力不超過(guò)允許值，排氣消聲器的允許壓降為13.3～20 kPa，使柴油機(jī)功率損失不超過(guò)3%～4%；應(yīng)該是機(jī)械強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛性好；幾何形狀適宜；保養(yǎng)方便。

小型農(nóng)用柴油機(jī)主要在田間使用，噪聲控制要求較低，因此采用的消聲器最簡(jiǎn)單。采用打孔的中心管及隔板等使消聲器分成若干級(jí)，一般為二級(jí)或三級(jí)抗性消聲器，消聲器的容積較小，為氣缸工作容積的3～5倍，噪聲衰減量為10～15 dB（A）?？剐韵暺魇歉鶕?jù)聲波的濾波原理而設(shè)計(jì)的，其性能主要取決于幾何形狀和尺寸。將膨脹室或共振室與一些有限長(zhǎng)的管子適當(dāng)組合，可使某些頻率或頻段的噪聲部分地反射回去，使這部分噪聲不能通過(guò)消聲器。抗性消聲器主要用于消減低頻和中頻噪聲。為防止排氣中的火星排出機(jī)外引起火災(zāi)，采用滅火星消聲器（如用于聯(lián)合收割機(jī)的柴油機(jī)）。其特點(diǎn)是在消聲器內(nèi)部裝有過(guò)濾網(wǎng)或離心裝置，使灼熱的炭粒不隨排氣流排出。過(guò)濾網(wǎng)可以是鐵絲網(wǎng)，也可以是多孔鋼板，其總通過(guò)截面應(yīng)不小于排氣管截面的1.5倍。

車用柴油機(jī)的噪聲控制要求較高，采用的排氣消聲器尺寸較大，可做成內(nèi)部氣流分幾路并聯(lián)，或有回流，結(jié)構(gòu)變化較多，噪聲衰減量一般為15～20 dB（A）。endprint