某2.8L柴油機臺架噪聲試驗研究

張俊 劉峰春 楊天軍 唐智

摘要：通過采用聲壓測量法對柴油機進(jìn)行整機臺架噪聲試驗，試驗結(jié)果表明：隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的提高，發(fā)動機的噪聲增大，轉(zhuǎn)速對噪聲的影響比負(fù)荷對噪聲的影響更加明顯;并且對發(fā)動機燃燒噪聲、機械噪聲的產(chǎn)生機理及其對整機噪聲的貢獻(xiàn)度進(jìn)行了分析。

Abstract： Through the sound pressure measurement method， the diesel engine bench noise test is carried out. The test results show that as the engine speed and load increase， the engine noise increases， and the effect of speed on noise is more obvious than the effect of load on noise. The mechanism of engine combustion noise and mechanical noise is analyzed， and its contribution to the noise of diesel engine is also analyzed.

關(guān)鍵詞：柴油機;臺架;噪聲試驗

Key words： diesel engine;bench;noise test

1? 概述

臺架試驗作為發(fā)動機試驗的重要組成部分，是研究檢測發(fā)動機的機械性能、檢驗發(fā)動機可靠性以及模擬發(fā)動機的運行環(huán)境的主要手段;發(fā)動機的臺架噪聲試驗作為檢測發(fā)動機出廠的主要技術(shù)參數(shù)，如果處理不當(dāng)會造成發(fā)動機噪聲太大以致?lián)p壞零部件等問題;因此對發(fā)動機進(jìn)行臺架噪聲試驗研究，對于深入認(rèn)識并掌握發(fā)動機臺架噪聲性質(zhì)和變化規(guī)律，控制發(fā)動機噪聲具有重要意義[1]。

對柴油機進(jìn)行臺架噪聲試驗研究主要是為了降低其的有害噪聲。柴油機的噪聲分為燃燒噪聲、氣體流動噪聲和機械振動噪聲三類，實際上燃燒噪聲也是通過部件振動傳出機體外部的;無論采用何種燃油供給系統(tǒng)和燃燒方式，都有必要對柴油機表面的振動特性和聲學(xué)特性進(jìn)行規(guī)律性研究，在噪聲向外傳遞的途徑上最大限度地控制噪聲水平[2]。

2? 試驗方案

本文通過采用LMS測試軟件對某2.8L柴油機整機的臺架噪聲情況進(jìn)行測試，研究其在不同工況下的噪聲變化規(guī)律，旨在了解該發(fā)動機在不同工況下的噪聲特性和烈度等級，掌握發(fā)動機機體隨轉(zhuǎn)速、負(fù)荷等的變化規(guī)律，從而為發(fā)動機的降噪提供數(shù)據(jù)參考。其系統(tǒng)組成如圖1所示。

2.1 測點的布置

發(fā)動機的臺架試驗采用橡膠彈性隔振器進(jìn)行噪聲強度和等級試驗。對發(fā)動機的外特性和負(fù)荷特性工況進(jìn)行測量，以掌握發(fā)動機在無彈性隔振器支撐的情況下噪聲的變化規(guī)律。按照GB/T1859-2000《往復(fù)式內(nèi)燃機輻射的空氣噪聲測量工程法和簡易法》標(biāo)準(zhǔn)中布置測點（見圖2）。由于受到測功機和后端聯(lián)軸器影響，本次噪聲測試后端測點未測試，采集了八點噪聲（圖2中除2點外的其余8點）。本試驗發(fā)動機沒有安裝風(fēng)扇，發(fā)動機進(jìn)氣管和排氣管直接接出試驗室外，因此在試驗過程中可以忽略空氣動力噪聲的影響，主要考慮發(fā)動機表面輻射噪聲，表面輻射噪聲又分為機械噪聲和燃燒噪聲。本文將重點研究發(fā)動機的上述兩種噪聲對其的影響。

近聲場測試點：選取距離發(fā)動機組表面1m處位置進(jìn)行噪聲測試和1/3倍頻譜測試，主要點為4點發(fā)動機前端（靠近皮帶輪）、1點發(fā)動機左側(cè)（進(jìn)氣側(cè)）、3點發(fā)動機右側(cè)（排氣側(cè)）、9點發(fā)動機頂端、7點發(fā)動機右前（排氣側(cè)）、8點發(fā)動機左前（進(jìn)氣側(cè)）、6點發(fā)動機右后、5點發(fā)動機左后。

2.2 表面聲壓級計算[3]

根據(jù)試驗測得的計權(quán)和倍頻帶或倍頻帶聲壓級有必要先對試驗室進(jìn)行背景噪聲修正，用下式計算計權(quán)和倍頻帶或倍頻帶表面聲壓級LPA：

式中：LPA為A計權(quán)和1/3倍頻帶或表面聲壓級基準(zhǔn)值，dB（基準(zhǔn)值：20μPa）;Lpi為背景噪聲修正后第i個測點處A計權(quán)和倍頻帶或1/3倍頻帶聲壓級，dB（基準(zhǔn)值：20μPa）;N為測量點數(shù)總數(shù);K為測量發(fā)動機表面的平均環(huán)境修正值，dB。

測試環(huán)境的鑒別主要是在消聲試驗室內(nèi)進(jìn)行的，本文利用標(biāo)準(zhǔn)聲源法求出試驗環(huán)境修正平均值。將標(biāo)定合格的標(biāo)準(zhǔn)聲源放在被測試聲源的測試環(huán)境中，使用相同的測量方法，測得標(biāo)準(zhǔn)聲源的聲壓級，并計算出聲功率級：

式中：LW為測試環(huán)境中測的標(biāo)準(zhǔn)聲源的聲功率級（dB）;LWr為標(biāo)準(zhǔn)聲源標(biāo)定的聲功率級（dB）。

本試驗中由測試環(huán)境中測的標(biāo)準(zhǔn)聲源升功率級LW=99.1（dB），標(biāo)準(zhǔn)聲源聲功率級LWr=96.4（dB），所以平均環(huán)境修正值K=LW-LWr=2.7（dB）。

2.3 聲功率級計算

發(fā)動機的A計權(quán)和倍頻帶或1/3倍頻帶聲功率級LWA。按照下式計算：

3? 發(fā)動機噪聲試驗分析

3.1 外特性噪聲試驗分析

發(fā)動機3600r/min八點聲壓級為93.84dB（A），2800r/min轉(zhuǎn)速下，前端噪聲為93.37dB（A），低于2600r/min和2400r/min前端噪聲。從圖3中可以看出，在外特性下，發(fā)動機八個測點噪聲呈隨轉(zhuǎn)速升高而升高趨勢。并且與轉(zhuǎn)速基本成線性關(guān)系，這是由于當(dāng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速升高時，氣缸內(nèi)活塞環(huán)的漏氣量較少，使氣缸內(nèi)的壓縮溫度和壓力升高，從而導(dǎo)致噴油壓力提高，燃油噴射霧化均勻。上述過程將導(dǎo)致可燃混合氣增多同時加速燃油混合氣的形成，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速的升高，將使得氣缸內(nèi)燃燒更加劇烈，缸內(nèi)的爆發(fā)壓力提高，從而使發(fā)動機的噪聲增大。另外隨著轉(zhuǎn)速的提高，將使得發(fā)動機各零部件以及傳動機構(gòu)的慣性增大，從而使得發(fā)動機產(chǎn)生的振動和機件之間的撞擊加劇，使得噪聲增大，所以噪聲隨著轉(zhuǎn)速的提高而增大[4]。

從圖3中還可以看出，四個1m測點噪聲從高到低排序為前端、右端、左端和頂端，八點聲壓級低于前端、右端和左端噪聲。從而可以看出發(fā)動機的傳動機構(gòu)、進(jìn)氣管和排氣管將是其主要的噪聲源。

發(fā)動機3600r/min下1m聲壓4個測點（前端、頂端、左端、右端）三分之一倍頻程見圖4。從圖中可以看出，4個測點低頻對總聲壓貢獻(xiàn)較小，但在低頻中的100Hz中心頻帶聲壓級都較大，該中心頻率是發(fā)動機3600r/min二階頻率，這是由于發(fā)動機二階造成。前端中頻對總聲壓貢獻(xiàn)較大，左端和右端中高頻貢獻(xiàn)較大。

3.2 負(fù)荷特性噪聲試驗分析

從圖5可以看出，發(fā)動機在同轉(zhuǎn)速下，八點聲壓隨著扭矩增加的變化規(guī)律。在1500r/min下發(fā)動機的噪聲隨著扭矩的變化而起伏較大，在2000r/min下發(fā)動機的噪聲隨著扭矩的變化而起伏較小些;在3000r/min和3200r/min下，發(fā)動機的噪聲隨著扭矩的增大而增大，但幅值變化不大，發(fā)動機噪聲受機械噪聲影響較大。

負(fù)荷對穩(wěn)態(tài)工況燃燒噪聲的影響與其大小有關(guān)。對于直噴式柴油機，一方面隨者負(fù)荷的增加，燃燒室壁面溫度升高，滯燃期縮短;另一方面每個循環(huán)噴入的燃油量增加，噴油持續(xù)時間增大。噴油閥的開啟時間決定了燃燒噪聲大小同時也與滯燃期內(nèi)可點燃混合油量的多少有關(guān)，所以只要噴油持續(xù)時間還小于滯燃期，那么噴油持續(xù)時間的增大就意味著滯燃期內(nèi)噴入的燃油量增加，燃燒噪聲增大，但當(dāng)噴油持續(xù)時間增大到等于或著大于滯燃期時，繼續(xù)增大負(fù)荷滯燃期內(nèi)的噴入的燃油量就不會再增多，反而由于燃燒室壁面溫度的增大，滯燃期減小，因而燃燒噪聲將減弱。因此發(fā)動機在穩(wěn)定工況下隨著負(fù)荷的變化其噪聲也將起伏不定[5]。

4? 結(jié)論

通過對該發(fā)動機噪聲特性的分析，可以得出以下結(jié)論：

首先對燃燒噪聲和機械噪聲產(chǎn)生的機理和特性進(jìn)行試驗研究，得出凡是能減少滯燃期內(nèi)可燃混合氣的數(shù)量的措施，都能降低燃燒噪聲，機械噪聲的產(chǎn)生緣于燃燒噪聲;發(fā)動機缸內(nèi)壓力和壓力升高率的振蕩頻率是決定燃燒噪聲大小的兩個主要直接因素，因此壓力升高率和缸內(nèi)壓力振蕩頻率可用來表征燃燒噪聲的大小，為改進(jìn)發(fā)動機的設(shè)計和降低噪聲提供了參考。

發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷是影響發(fā)動機噪聲的主要技術(shù)指標(biāo)，且隨著其增大，發(fā)動機的噪聲增大，但相對于負(fù)荷來說，轉(zhuǎn)速對噪聲的影響更大。在發(fā)動機各部分產(chǎn)生的噪聲中，傳動結(jié)構(gòu)的噪聲影響較大，其次是排氣管、進(jìn)氣管。根據(jù)發(fā)動機不同部位噪聲的產(chǎn)生機理和大小，有針對性的采取降噪措施，可以降低發(fā)動機的噪聲干擾，提升發(fā)動機整機的性能。

參考文獻(xiàn)：

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[4]王之東，等.柴油機機械噪聲與燃燒噪聲識別的試驗研究[J].內(nèi)燃機，2007（6）：38-41.

[5]李兆文.柴油機燃燒噪聲影響機理及控制研究[D].天津大學(xué)，2009.