反相对冲柴油机排气消声器声学特性

    柴油机的噪声一般分为机械噪声、燃烧噪声和空气动力性噪声，其中空气动力性噪声包括进气噪声和排气噪声[1]．排气噪声在发动机整机噪声中占主导地位，在单缸柴油机的噪声源中排在前3位的分别是排气噪、齿轮室盖和油底壳，分别占总声功率的49%、12%和4%，排气噪声最为突出，约占整机声功率的一半．因此，降低柴油机的排气噪声具有决定性的意义，而降低柴油机的排气噪声最直接有效的方法是安装排气消声器[2]．

    由于柴油机排气温度高、烟尘大和腐蚀性强等特点，其排气消声器通常采用抗性消声器．传统抗性消声器的结构大都采用扩张室、内插管、穿孔管或穿孔板等消声元件的组合，消声器的整体性能(包括消声性能和排气阻力性能)主要决定于这些消声元件的性能，是这些消声元件性能的耦合，既消声性能好又排气阻力低是设计消声器追求的目标．由于排气消声器中有高速气流的存在，一方面气流产生再生噪声，包括高速气流撞击消声器内壁、弯头和小孔等部件产生的冲击噪声，以及气流在消声器内运动形成的紊流噪声，再生噪声的大小主要由气流速度决定，其声功率大约与气流速度的6次方成正比[3]；另一方面，气流速度影响消声器的消声量，速度增加、消声量减小，当气流速度达到临界速度时，消声器的消声量变成负值，噪声反而增大，消声器成了噪声放大器．再者，高速气流在通过扩张室、穿孔管或穿孔板(通常开的是小孔)和内插管等这些消声元件的时候局部受阻，产生压力损失，这个压力损失表现为发动机的功率损失和油耗率的增加．排气阻力也与消声器内排气气流的速度有关，大约与速度的2次方成正比[4]．

    可见，消声器内的气流速度至关重要，它既影响消声性能，又影响排气阻力，因此，降低消声器气流速度对设计消声器有重要意义．基于此，笔者提出了一种利用反相对冲消声的原理，即利用声波反相抵消(干涉)，来降低排气噪声中起主导地位的频率成分；利用气流反相对冲降低气流流速，从而提高消声性能、减小气流再生噪声并降低排气背压．由于不论发动机的工况如何，气流流速总是反相对冲，因而对转速没有选择性．关于气流反相对冲，流速降低、排气阻力降低，已做过试验验证[5]，笔者主要针对基于反相对冲原理的消声单元的声学特性进行数学建模和分析，推导该新消声单元传递损失的理论模型，建立其消声性能与消声单元结构参数间的关系，为设计参数的选取提供依据．据此消声原理，以CG25型单缸柴油机为样机设计排气消声器，对其消声效果进行比较分析，以验证上述新型消声原理的正确性．