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     单缸柴油机是我国柴油机系列中的一个重要机型,在全国普及面广。过去单缸柴油机主要是田间使用,对噪声要求不够重视,从历年国家和省级产品质量检验部门的监督抽查结果看,单缸柴油机噪声指标不合格占了很大比例,然而随着社会的发展和人类的进步,人们的生活水平不断提高,对环境质量也就自然提出了更高的要求,柴油机噪声越来越受到人们的关注。柴油机的噪声源是很多的,其按辐射方式分为气体动力噪声和表面噪声两大类。通常气体动力噪声包括进气噪声、排气噪声和风扇噪声,ZH1110型单缸柴油机没有风扇,因此不考虑风扇噪声;表面噪声则包括燃烧噪声和机械噪声,它们是通过移动发电机柴油机的外表面以及与柴油机外表面刚性连接的零部件的振动面向大气放射的。因此,本文对ZH1110型柴油机的频谱分析主要从进气噪声、排气噪声和表面噪声三个噪声源的频谱研究入手,找出降噪的有效途径。

1试验装置及方法试验装置的方框图见图1试验是在普通试验室的台架上进行,试验用的主要仪器设备见表1,试验用样机的规格参数见表2,排气消声器的设计参数见表3。试验时,在柴油机的周围布置5个测点,其中测点①、④、⑤主要反映表面噪声(测点①正对齿轮室盖,主要反映齿轮噪声),测点②的位置主要反映进气噪声,测点③的位置则反映排气噪声。测距0.5m(当柴油机不装排气消声器也不把排气引出试验室外时,测点③处测量噪声时声级计与排气轴线成45°角)。测量时记录测点①、②、③、④、⑤点的A计权声压级,①、②、③点的倍频带声压级。图1试验装置方框图及测点布置噪声试验按以下5种不同情况,均在标定工况下进行:1)装空气滤清器,排气引出实验室。2)不装空气滤清器,排气引出实验室。3)装空气滤清器,不装排气消声器,排气也不引出实验室。4)装空气滤清器,装原排气消声器。5)装空气滤清器,装新型排气消声器。其中,柴油机第三种情况测量后,在不改变油量控制机构及负荷的情况下,直接装上原排气消声器或新型排气消声器,记录燃油消耗量和负荷变化,然后再调到标定工况下测量噪声。测试时,种情况下,在测点①可测出原机的表面噪声频谱;第二种情况下,用测点②可集中反映原机的进气噪声频谱;第三种情况下,用测点③可集中反映原机的排气噪声频谱;第四和第五种情况下,用测点③的数据可进行排气消声器的消声效果对比。两点说明:1)试验室是普通封闭的混响声场(吸声量为52.1,与ZH1110柴油机的测量表面积之比为4.74),因此测得的噪声数据仅作相对比较;2)测量连续进行,环境温度、气压、湿度的变化不会对测量数据有大的影响。表1试验用主要仪器设备序号名称型号规格精度生产厂1水力测功器D110B±0.5%江苏启动测功设备厂2精密声级计ND2±0.23转速油耗自动测量仪SYZZ—1±1r0/.m7i%n无锡电子器材厂表2试验用样机的规格参数项目参数柴油机型号ZH1110燃烧室型式直喷式缸径×行程/(mm×mm)110×115排量/L1.903压缩比17:1标定功率/kW/转速/(r·min-1)13.2/2200外型尺寸/(mm×mm×mm)825×410×670表3排气消声器的设计参数方案直/m径m长/m度m入口/m直m径容/L积长径比膨胀比原消声器150210403.715.2514.1新消声器165250404.456.2517.02台架试验结果及分析根据试验记录绘制的ZH1110型柴油机的噪声频谱曲线见图2。由图可以看出,标定工况下排气噪声是柴油机的噪声源,其在整个频率范围内均占优势。进气噪声是第二大噪声源,和表面噪声相比,500Hz以上的中高频段几乎相当,而在低频段则较为突出。另外,在标定工况下测点③处测出的排气噪声总的声压级为114dB(A),测点②处测出的进气噪声总的声压级为103dB(A),在测点①处测出的表面噪声总的声压级为100.5dB(A)。图2ZH1110型柴油机移动发电机噪声源频谱比较由此我们可以得出这样的结论,要想降低ZH1110柴油机的整机噪声,关键是要降低其排气噪声。为了降低排气噪声,从ZH1110型柴油机的设计角度如排气门开启的时间截面、燃烧室形状等方面来考虑是非常有限的,有效和常用的方法,是改进排气消声器。单缸柴油机的排气消声器结构一般为膨胀式抗性消声器,ZH1110型柴油机原消声器的结构为直径D=150mm,长度L=210mm的中间有膨胀腔的双级膨胀式消声器,消声器的容积为V=π(D/2)2×L=3.71(L),与气缸工作容积之比为3.4;为了增加消声量,新设计的消声器在长度与直径方面和原消声器相比有所增加,即D=165mm,L=250mm,结构为中间带内插管式的双级膨胀式消声器,消声器的容积为V=π(D/2)2×L=4.45(L),与气缸工作容积之比为4.11。表4是ZH1110柴油机装原消声器和新消声器时,在标定工况(13.2kW,2200r/min)下,各测点处所测出声压级对比情况。表5是消声器的柴油机台架性能试验对比数据。图3是新消声器与原消声器和无消声器三种状况时柴油机在标定工况下排气噪声的频谱曲线比较图。3结论1)柴油机噪声频谱分析表明,ZH1110型单缸柴油机的噪声中,排气噪声占主导地位,其次是进气噪声和表面噪声。(下转第61页)表4柴油机匹配不同排气消声器时在标定工况下各测点的声压级dB(A)方案测点①测点②测点③测点④测点⑤原消声器1009910199101新消声器99.59799.597.599表5ZH1110柴油机消声器台架试验对比数据项目无消声器原消声器新消声器测点③处总的声压级/dB(A)11410199.5消声器的衰减量ΔL/dB(A)1314.5功率损失/kW0.380.25功率损失百分比/%2.91.9标定工况燃油消耗率/〔g·(kW·h)-1〕229.9234.1233.0燃油消耗率增加值/〔g·(kW·h)-1〕4.23.1燃油消耗率增加百分数/%1.81.3整机噪声5点加权平均声压级/dB(A)100.198.6整机声功率级Lw/dB(A)107.9106.4图3ZH1110型柴油机排气噪声频谱2)新设计的消声器和原消声器相比,消声性能明显提高(标定工况下衰减量15dB(A)左右),整机噪声下降1.6dB(A),大大低于GB14097-1999《中小功率柴油机噪声限值》所规定的指标,其动力性经济性也有所改善,功率损失≤2%,燃油消耗率增加≤1.3%。3)无论装新消声器或原消声器,在标定工况下运用简易法测量发动机整机噪声时,柴油机齿盖侧的噪声所占的权重较大,因此,降低ZH1110型柴油机齿盖侧的噪声有待进一步研究。

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