农用柴油机进排气噪声的消声方法
李宁
由于内燃机的广泛应用，使内燃机成了城市交通噪声及其他环境噪声的重要噪声源之一。现代内燃机的噪声级一般为85～110 dB（A）。噪声对人的危害涉及到生理、精神和感情等多方面，影响人们正常生活，损害听力，引起多种疾病，降低工作效率。通常汽油机的噪声级较柴油机低。现代柴油机的噪声大大超过了环境保护允许值，从保护操作者听力的要求出发，应该研究柴油机噪声机理及降操措施。
柴油机作为噪声源，按其辐射方式可分为直接向大气辐射的气体动力噪声和通过柴油机外表面间接辐射的表面噪声两大类。前者主要包括排气噪声、进气噪声和风扇噪声等，后者主要包括燃烧噪声和机械噪声。
1.噪声允许标准
国际标准组织（ISO）曾提出：为保护人耳听力，在每天工作8 h情况下允许的连续噪声为90 dB（A）；工作时间为4 h，允许值可提高3 dB（A）；任何情况下都不允许超过115 dB（A）。
对柴油机噪声的允许标准，国内在1986年发布了国家标准GB259-86《中小功率柴油机噪声限值》（1987年3月1日实施）。对单缸机规定，水冷式标定功率Neb≤9.5 kW（约13马力），噪声功率极限值Lω（A）≯107 dB（A）；Neb>9.5 kW，限值Lω（A）≯109 dB（A）；风冷机限值Lω（A）≯110 dB（A）。
2.柴油机进气噪声的消声方法
据估算，非增压四冲程柴油机的进气噪声比表面噪声大5～6 dB，增压柴油机的进气噪声往往是发动机整机最强的噪声源。
进气噪声与进气系统的设计有密切关系。增压柴油机的进气噪声主要与增压器的压气机有关。非增压柴油机的进气噪声随转速的提高而迅速增强，但与负荷的变化基本上无关。这是由于转速提高后，吸入空气的流速增大，进气管入口处空气压力脉动的强度和频率随之提高的原因。
进气噪声的来源为：（1）空气在进气管中的压力脉动产生低频噪声；（2）空气以高速流经进气门流通截面时形成涡流，产生高频噪声，由于进气门流通截面是变化的，这种涡流噪声便具有一定宽度的频率分布；（3）气缸内气体在一定压力下的受迫振动、气门落座声音及进气管的振动等；（4）二冲程内燃机扫气泵的噪声。
进气噪声的降低方法有：（1）减小进气管内压力脉动的强度及在气门通过截面处的涡流强度，如采用波纹管作为进气管可使压力脉动得到缓冲，如在固定式内燃机进气系统设置膨胀腔起到稳压作用，实际上也是一种进气消声措施，它利用流通截面的突变可使部分声波反射回声源。（2）采用进气消声器，这是最有效、最常用的方法，一般进气消声器与空气滤清器合为一体。车辆上常用的油浴式空气滤清器，从进气消声的角度看，就是一种阻性（吸收型）消声器，再加上滤清元件作为吸声材料使声能转化为热能，适于在较宽的中高频范围消声。（3）采用类似排气消声器那样的抗性消声器或阻抗复合式消声器。
3.柴油机排气噪声的消声方法
排气噪声的来源类似于进气噪声，有：（1）废气在排气管中的压力脉动；（2）排气门流通截面处的涡流；（3）气缸内气体在一定压力下的受迫振动及气门落座噪声等。
排气门刚开启时，气体由气缸内以声速排入排气管，缸内气体压力急剧下降，使排气门附近发生局部压力的剧变而生成压力波，此压力波在缸内多次反射，这样产生的噪声成分主要是低频的，其中最强的几个谐波成分的频率可以用公式求得。
废气涡轮增压柴油机的排气能量在涡轮机中部分地转化成了机械能，因此在涡轮机出口处的排气流比较平稳，排气噪声较弱。
排气噪声与排气系统的设计有极大关系。所以要合理确定排气管结构，避免发生共振，减少涡流。排气噪声也与内燃机缸数、转速、排气背压、排气门开启的时间、断面和燃烧室设计等有关。
排气噪声消声的最常用、最有效的方法是采用排气消声器。消声器应该针对噪声源的频谱特性满足所需的消声量；应该是空气动力性能好，阻力不超过允许值，排气消声器的允许压降为13.3～20 kPa，使柴油机功率损失不超过3%～4%；应该是机械强度和结构刚性好；几何形状适宜；保养方便。
小型农用柴油机主要在田间使用，噪声控制要求较低，因此采用的消声器最简单。采用打孔的中心管及隔板等使消声器分成若干级，一般为二级或三级抗性消声器，消声器的容积较小，为气缸工作容积的3～5倍，噪声衰减量为10～15 dB（A）。抗性消声器是根据声波的滤波原理而设计的，其性能主要取决于几何形状和尺寸。将膨胀室或共振室与一些有限长的管子适当组合，可使某些频率或频段的噪声部分地反射回去，使这部分噪声不能通过消声器。抗性消声器主要用于消减低频和中频噪声。为防止排气中的火星排出机外引起火灾，采用灭火星消声器（如用于联合收割机的柴油机）。其特点是在消声器内部装有过滤网或离心装置，使灼热的炭粒不随排气流排出。过滤网可以是铁丝网，也可以是多孔钢板，其总通过截面应不小于排气管截面的1.5倍。
车用柴油机的噪声控制要求较高，采用的排气消声器尺寸较大，可做成内部气流分几路并联，或有回流，结构变化较多，噪声衰减量一般为15～20 dB（A）。
由于内燃机的广泛应用，使内燃机成了城市交通噪声及其他环境噪声的重要噪声源之一。现代内燃机的噪声级一般为85～110 dB（A）。噪声对人的危害涉及到生理、精神和感情等多方面，影响人们正常生活，损害听力，引起多种疾病，降低工作效率。通常汽油机的噪声级较柴油机低。现代柴油机的噪声大大超过了环境保护允许值，从保护操作者听力的要求出发，应该研究柴油机噪声机理及降操措施。
柴油机作为噪声源，按其辐射方式可分为直接向大气辐射的气体动力噪声和通过柴油机外表面间接辐射的表面噪声两大类。前者主要包括排气噪声、进气噪声和风扇噪声等，后者主要包括燃烧噪声和机械噪声。
1.噪声允许标准
国际标准组织（ISO）曾提出：为保护人耳听力，在每天工作8 h情况下允许的连续噪声为90 dB（A）；工作时间为4 h，允许值可提高3 dB（A）；任何情况下都不允许超过115 dB（A）。
对柴油机噪声的允许标准，国内在1986年发布了国家标准GB259-86《中小功率柴油机噪声限值》（1987年3月1日实施）。对单缸机规定，水冷式标定功率Neb≤9.5 kW（约13马力），噪声功率极限值Lω（A）≯107 dB（A）；Neb>9.5 kW，限值Lω（A）≯109 dB（A）；风冷机限值Lω（A）≯110 dB（A）。
2.柴油机进气噪声的消声方法
据估算，非增压四冲程柴油机的进气噪声比表面噪声大5～6 dB，增压柴油机的进气噪声往往是发动机整机最强的噪声源。
进气噪声与进气系统的设计有密切关系。增压柴油机的进气噪声主要与增压器的压气机有关。非增压柴油机的进气噪声随转速的提高而迅速增强，但与负荷的变化基本上无关。这是由于转速提高后，吸入空气的流速增大，进气管入口处空气压力脉动的强度和频率随之提高的原因。
进气噪声的来源为：（1）空气在进气管中的压力脉动产生低频噪声；（2）空气以高速流经进气门流通截面时形成涡流，产生高频噪声，由于进气门流通截面是变化的，这种涡流噪声便具有一定宽度的频率分布；（3）气缸内气体在一定压力下的受迫振动、气门落座声音及进气管的振动等；（4）二冲程内燃机扫气泵的噪声。
进气噪声的降低方法有：（1）减小进气管内压力脉动的强度及在气门通过截面处的涡流强度，如采用波纹管作为进气管可使压力脉动得到缓冲，如在固定式内燃机进气系统设置膨胀腔起到稳压作用，实际上也是一种进气消声措施，它利用流通截面的突变可使部分声波反射回声源。（2）采用进气消声器，这是最有效、最常用的方法，一般进气消声器与空气滤清器合为一体。车辆上常用的油浴式空气滤清器，从进气消声的角度看，就是一种阻性（吸收型）消声器，再加上滤清元件作为吸声材料使声能转化为热能，适于在较宽的中高频范围消声。（3）采用类似排气消声器那样的抗性消声器或阻抗复合式消声器。
3.柴油机排气噪声的消声方法
排气噪声的来源类似于进气噪声，有：（1）废气在排气管中的压力脉动；（2）排气门流通截面处的涡流；（3）气缸内气体在一定压力下的受迫振动及气门落座噪声等。
排气门刚开启时，气体由气缸内以声速排入排气管，缸内气体压力急剧下降，使排气门附近发生局部压力的剧变而生成压力波，此压力波在缸内多次反射，这样产生的噪声成分主要是低频的，其中最强的几个谐波成分的频率可以用公式求得。
废气涡轮增压柴油机的排气能量在涡轮机中部分地转化成了机械能，因此在涡轮机出口处的排气流比较平稳，排气噪声较弱。
排气噪声与排气系统的设计有极大关系。所以要合理确定排气管结构，避免发生共振，减少涡流。排气噪声也与内燃机缸数、转速、排气背压、排气门开启的时间、断面和燃烧室设计等有关。
排气噪声消声的最常用、最有效的方法是采用排气消声器。消声器应该针对噪声源的频谱特性满足所需的消声量；应该是空气动力性能好，阻力不超过允许值，排气消声器的允许压降为13.3～20 kPa，使柴油机功率损失不超过3%～4%；应该是机械强度和结构刚性好；几何形状适宜；保养方便。
小型农用柴油机主要在田间使用，噪声控制要求较低，因此采用的消声器最简单。采用打孔的中心管及隔板等使消声器分成若干级，一般为二级或三级抗性消声器，消声器的容积较小，为气缸工作容积的3～5倍，噪声衰减量为10～15 dB（A）。抗性消声器是根据声波的滤波原理而设计的，其性能主要取决于几何形状和尺寸。将膨胀室或共振室与一些有限长的管子适当组合，可使某些频率或频段的噪声部分地反射回去，使这部分噪声不能通过消声器。抗性消声器主要用于消减低频和中频噪声。为防止排气中的火星排出机外引起火灾，采用灭火星消声器（如用于联合收割机的柴油机）。其特点是在消声器内部装有过滤网或离心装置，使灼热的炭粒不随排气流排出。过滤网可以是铁丝网，也可以是多孔钢板，其总通过截面应不小于排气管截面的1.5倍。
车用柴油机的噪声控制要求较高，采用的排气消声器尺寸较大，可做成内部气流分几路并联，或有回流，结构变化较多，噪声衰减量一般为15～20 dB（A）。
