小型汽油机排气消声器有效容积与消声效果的研究

李 玮，周新民

（西南林业大学 机械与交通学院，云南 昆明 650224）

0 引言

小型汽油机的噪声控制，主要使用排气消声器。但由于结构空间限制，安装使用的排气消声器尺寸较小，造成其有效容积较过小，消声效果较差。本文以WB530BDL 小型割草机用汽油机为例，探讨排气消声器有效容积对其降噪效果的影响。

1 原装消声器有效容积与降噪量

WB530B-DL 小型割草机发动机用原装消声器，由于受安装空间限制，结构尺寸较小，总长220mm，厚度58mm，为穿孔板式三腔直通结构。经计算，原消声器有效容积为824.8cm3，即使加上20%的允许偏差，也只有989.76cm3。

原装消声器降噪量经试验测试得到。实验严格按照GB1859-2000[1]的规定进行。噪声测量按国际标准ISO 3744[2]工程法的要求执行，声级计为IEC 60651-1979 Type 1 和IEC 60804-2000 Type 1。测量环境符合要求。测量时，割草机工作平均转速约为3360rpm，工程法测量的加原装消声器时1～5 测点的表面声压级[4]如表1 所示。

装原消声器时的表面声压级LpA1： 因割草机运转时测得的声压级与背景噪声声压级之差大于10dB，故测量值无需修正，即k=0。△LwA=0.8。

表1 加装原消声器时1～5（ 9）号测点表面声压级Tab.1 Measuring Point Surface Sound Pressure Level when the Installation of the Original Muffler1～5（ 9）

装原消声器时的声功率级LwA1：

LwA1=LpA1+10lg（s1/s0）=100.96+101lg（16.465/1）

=113.126dB

显然，装原装消声器的声功率级LwA1，超出了国标GB1573-1995[3]（小型汽油机噪声限值）规定的一般型限值为108dB 的界限，也超出了高噪声型110dB 的界限。

2 原装消声器的结构改进设计

为增强消声器的消声效果，必需对原消声器进行结构改进。由于受安装空间限制，原消声器尺寸较小，结构也较为简单，只设计为穿孔板式三腔直通结构，故而消声效果较差。其插入损失仅为5.8dB，总降噪量仅为3.99dB。在不改变其外形尺寸的条件下，将其改进设计为三腔内插管回流结构排气消声器，结构简图如图1、图2 所示。

改进后的三腔内插管回流结构排气消声器，实测1-5 测点的表面声压级[4]如表2 所示。

图1 三腔内插管回流排气消声器Fig.1 Reflux exhaust muffler of three lumen catheter

图2 内插管－穿孔板回流四腔回流排气消声器Fig.2 Four chamber reflux exhaust muffler of inner cannula-perforated plate

表2 三腔内插管回流消声器时1～5（ 9）号测点表面声压级Tab.2 1～5（ 9）Measuring point surface sound pressure level when the installation of the three lumen catheter reflux muffler

改进后消声器时的表面声压级LpA2：

显然，该消声器相对原装消声器的100.96dB，消声效果并不明显。所以，尽管对原消声器做了结构改进，但由于有效容积不足，消声效果仍然不佳。为获得更好的消声效果，应该在割草机安装空间允许的条件下，增大排气消声器的有效容积。

3 原装消声器扩容及结构改进设计

WB530B-DL 小型割草机用发动机型号为：B&S125602。该机为单缸往复式四冲程风冷发动机，额定功率6.5Hp，排量190CC。根据中华人民共和国机械行业标准： JB/T 5414-1991 之规定，消声器有效容积Vm可按下式估算：

Vm=KzKτKnKtV

式中： 汽油机总排量V=190ml=0.19l；气缸数修正值；汽油机冲程数修正系数：Kτ=1（四冲程）；消声器类别修正系数：Kt=4～5（B 类）；转速修正系数： Kn=0.7～10-4nb=1.06；标定转速： 3600 rpm，则得有效容积Vm：

Vm=1×1×1.06×5×0.00019=0.001007m3=1007cm3

即该汽油机排气消声器有效容积应达到1007cm3。

根据WB 530B-DL 型割草机的结构特点，原装消声器在总长220mm，厚度58mm 保持不变的情况下，可以在高度上向下增加30mm 的高度，使其达到最大高度120mm。于是消声器有效容积可以达到：

V1=V0+V'=824.8+（3×21.8×5.6）=824.8+366.24

=1191.04cm3

则可大于1007cm3，满足有效容积的基本要求。

根据中华人民共和国机械行业标准： JB/T 5414-1991 的推荐，割草机配套使用的消声器可确定为B 类。由于工作地点的特殊性，希望设计的消声器具有较好的消声效果，故根据JB/T 5414-1991 中推荐的C 类 （要求低噪声机械用汽油机） 消声器结构，将其设计为内插管－穿孔板回流四腔结构。如图2 所示。

消声器第一腔为边长58mm 的方形截面，长为120mm。进口管直径为18mm。为改进消声效果，减少功率损失，第一腔采用最大容积。抗性消声器单节扩张室消声量的计算公式为：

=10lg11.14=10.47dB

扩张室容积： V=0.0582×0.12=0.00040368m3

该发动机排量为190ml=190cm3，则有403.68/190=2.125，满足标准中第一腔容积不小于发动机排量的1～3倍之要求。显然，该扩张室抗性消声器，只对224Hz 的峰值噪声有效，而对112Hz 的峰值噪声不起作用。即对于174Hz 以下的噪声，只能靠多节扩张室串联和穿孔板回流共同作用，提高消声效果。

4 内插管－穿孔板回流四腔结构消声器实验测试

按照国标GB1859-2000 的规定，测量时，割草机工作平均转速约为3360rpm，工程法测量内插管－穿孔板回流四腔结构消声器的1-9 测点的表面声压级[4]如表3所示。

表3 内插管－穿孔板回流四腔消声器1～9 号测点表面声压级Tab.3 1～9 Measuring point surface sound pressure level when the installation of four chamber reflux exhaust muffler of inner cannula- perforated plate

内插管－穿孔板回流四腔结构9 点测量时的表面声压级LpA4：

与原消声器时的表面声压级LpA1相比，降噪量为：

LpA1-LpA4=100.96-94.80=6.16dB

内插管－穿孔板回流四腔结构消声器的声功率级LwA4：

LwA4=LpA4+10lg（s1/s0）=94.80+10lg（16.465/1）=106.966dB

显然，该内插管－穿孔板回流四腔结构消声器的声功率级为106.966dB，满足了国标GB1573-1995（小型汽油机噪声限值） 规定的一般型限值为108dB的条件。

5 结论

原消声器结构尺寸较小，有效容积小于基本要求；结构也较为简单，只设计为穿孔板式三腔直通结构，故而消声效果较差。在不增加有效容积的条件下，只将其结构改进设计为三腔内插管回流式，则其消声效果改进甚微。然而，在将原装消声器有效容积增加到1191cm3，使其满足有效容积大于1007cm3的基本要求后，再将其三腔直通结构改为四腔回流结构，实验结果证实，消声效果有较大提高： 相对于原装消声器增加的降噪量为6.16dB，并且满足国标GB1573-1995（小型汽油机噪声限值）规定的一般型限值为108dB 的基本要求。

由以上分析可得如下结论： ①消声器有效容积对消声效果有较大影响，容积较小，消声效果较差；②有效容积小于基本要求时，只做一般性的结构改进，对提高消声效果作用不大；③有效容积大于基本要求时，合理的结构改进，将显著提高消声效果。

[1] GB/T 1859-2000 往复式内燃机辐射的空气噪声测量工程法及简易法[S].2000，6.

[2] ISO 3744-1994 声压法测定噪声源声功率[S].

[3] GB15739-1995 小型汽油机噪声限值[S].2010，2.

[4] 李玮，周新民.小型割草机噪声测试与分析[J].林业机械与木工设备，2014，4.