排气噪声是内燃机的主要噪声源，筒式催化净化消声器，在净化排气的同时兼顾消音。为研究筒式催化净化器的声学性能，在不同转速下进行了排气背压、空管噪声、尾管噪声及插入损失的测量。测试结果表明：转速由800 r/min提高至3200 r/min，筒式催化净化器中排气背压和尾管噪声不断增加，空管噪声在800 r/min至3200 r/min间不断增加，3200 r/min至3200 r/min时趋于平稳，插入损失在不同转速下上下波动。
1 引言
随着我国汽车产业的快速发展和机动车保有量的不断增加，汽车排放引起的空气污染与噪声问题愈加严重[1]。发动机噪声是汽车的主要噪声源，发动机噪声虽包括风扇噪声、进气噪声和排气噪声[2]，但排气噪声为主体。为使发动机有害排放物和排气噪声均能有效降低，应加强对排气净化消声器声学性能的研究。哈尔滨工程大学的张丹玲等人[3]对柴油机排气净化消声器的声学性能进行了模拟研究，对比分析了普通消声器和排气净化消声器的声学性能。结果表明：合理设计排气消声净化器的各项参数可使其消声效果接近普通消声器。
本文依托南通市港闸区科学技术局项目，以筒式催化净化消声器为研究对象，在不同转速下测试净化消声器的噪声等级及插入损失，以了解筒式催化净化消声器的降噪效果，为该型净化消声器的使用和推广提供理论依据。
2 设备与方法
2.1 试验设备
试验用净化消声器为无锡威孚力达催化净化器有限责任公司生产的筒式催化净化消声器，本柴油机为全柴4B2型四缸柴油机（表1为发动机相关参数，表2为噪声测试设备）。
表1 全柴4B2型四缸柴油机相关参数
表2 噪声测试设备
2.2 试验方法
筒式催化净化消声器是集排放污染物催化净化技术和排气噪声消音技术于一体的装置，图1所示为试验用筒式催化净化消声器内部结构，该装置前段为催化净化单元，用于降低排气中的污染物，后段为消声单元，用于降低排气噪声。试验采用的净化消声器消声单元筒体入口管直径为40 mm，出口管直径为50 mm；消声单元筒体长度为180 mm，尾管长度为180 mm，其消声筒体总成容积为10.2 L。
图1 筒式催化净化消声器内部结构
图2 试验现场
噪声测试用的两个麦克风均距离尾管50 cm，两者与尾管的夹角为45°，图2所示为试验现场。
试验转速为800 r/min至3000 r/min，转速间隔为200 r/min，除怠速转速（800 r/min）外，其余转速均为全油门，试验过程中测量不同转速下的消声器进气背压、空管噪声及尾管噪声，并计算插入损失，如公式1所示为插入损失计算方法
为插入损失
为空管噪声
为尾管噪声，单位均为dB(A)。根据空管噪声和尾管噪声的噪声级，计算两端的声压值，公式2为声压值计算方法[4]：
为噪声级，单位为dB(A)；p为声压值，单位为
为基
3 试验结果
3.1 进气背压
表3所示为全油门时，不同转速下筒式催化净化消声器的进气温度和进气背压情况。由准声压，其值为2×10-5 Pa。表中可以看出：发动机转速提高，消声器的进气温度与进气背压不断上升。这是因为转速的增加加快了排气过程，使排气管内压力升高，从而导致净化消声器的进气压力增加。同时由于转速的提高导致排气温度上升，从而导致净化消声器内部压力上升。净化消声器内压力增加为消除低频噪声创造了有利条件。
表3 进气温度与进气背压
3.2 声压级
图3所示为全油门时，不同转速下的空管噪声、尾管噪声及插入损失情况。由图中可以看出：随着发动机转速提高，尾管声压级呈持续上升趋势；发动机转速在800 r/min～2000 r/min范围内，空管的声压级上升，但幅度较小；发动机转速在2000 r/min～2200 r/min时，空管声压级呈现快速上升趋势；2200 r/min以后空管的声压级趋于平稳。这主要是因为：进入净化消声器的气体压力和气体流速随着发动机转速的上升而增加，从而导致声压级的升高；发动机转速在800 r/min～2000 r/min时，消声器内的背压上升幅度较小，产生的噪声多为低频噪声，因而声压级上升幅度较小；当发动机转速超过2000 r/min时，背压上升较快，容易产生高频噪声，导致声压级呈现快速上升趋势；空管声压级在2200 r/min以后趋于平稳的主要原因是此时的噪声超过了麦克风的量程，因而该段无实际参考意义。由图中可以看出，在相同转速下，安装筒式催化净化消声装置的声压级明显低于未安装净化消声器的声压级，声压级降幅可达20%～23%。
图3 空管声压级与尾管声压级
图4 插入损失
3.3 插入损失
图4所示为全油门时，不同转速下的插入损失情况。由图中可以看出：当发动机转速在800 r/min～1800 r/min之间时，插入损失随着转速的增加呈现出先升后降的趋势，其中转速为1200 r/min时插入损失出现峰值24 dB(A)；当转速在1800 r/min～2200 r/min之间时，插入损失迅速升高至23 dB(A)；转速高于2200 r/min时，插入损失随着转速的增加大幅度下降。这主要是因为：当发动机转速低于1200 r/min时，气流速度较慢，排气噪声以低频噪声为主，消声器进气背压的增加能够在一定程度上消除低频噪声；当转速高于1200 r/min时，气体流速随着转速的升高而增加，容易产生再生噪声，消声效果降低；当转速在1800 r/min～2200 r/min时，排气噪声中的高频噪声增加，低频噪声减少，该催化净化消声器能够有效降低高频噪声；高转速时尾管噪声不断增加，而空管噪声测量过程中由于麦克风量程的原因测量不准，因而试验数据呈现插入损失持续大幅度下降现象。
4 结语
（1）发动机转速提高，筒式催化净化消声器的进气温度和进气背压呈现不断上升趋势，为消除排气中的低频噪声创造了有利条件。
（2）随着发动机转速提高，消声单元进气压力的增加导致尾管声压级呈持续上升趋势；当转速在800 r/min～2000 r/min时，背压上升较慢，使得空管声压级上升幅度较小；当转速在2000 r/min～2200 r/min时，高频噪声的出现使空管声压级呈现快速上升趋势。
（3）在相同转速下，安装筒式催化净化消声装置的声压级明显低于未安装净化消声器的声压级，声压级降幅可达20%～23%。
（4）当转速在800 r/min～1800 r/min时，插入损失随着转速的增加呈现出先升后降的趋势，其中转速为1200 r/min时插入损失出现峰值；当转速在1800 r/min～2200 r/min之间时，插入损失迅速升高。
