某發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械噪聲分解

崔慶濤 方順亭 楊清凱 馬志杰

摘要：本文通過對(duì)某國(guó)六汽油機(jī)進(jìn)行機(jī)械噪聲分解試驗(yàn)，提出了較為通用的發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械噪聲分解方法，得到了各運(yùn)動(dòng)件占整機(jī)噪聲的占比和頻譜，為發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械噪聲研究積累了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)以及發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械噪聲優(yōu)化指明了方向。

Abstract： In this paper， through the mechanical noise decomposition test of a National VI gasoline engine， a general engine mechanical noise decomposition method was proposed， and the proportion and frequency spectrum of each moving part in the whole machine noise were obtained， which has accumulated corresponding experience for the research of engine mechanical noise ， pointed out the direction for the optimization of the mechanical noise of the engine.

關(guān)鍵詞：汽油機(jī);機(jī)械噪聲;噪聲分解

Key words： gasoline engine;mechanical noise;noise decomposition

中圖分類號(hào)：U464? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）02-0033-04

0? 引言

隨著顧客對(duì)整車舒適性的要求越來越嚴(yán)苛，整車噪聲表現(xiàn)的好壞已成為評(píng)價(jià)整車性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。而發(fā)動(dòng)機(jī)作為整車的核心部件，對(duì)整車噪聲的綜合表現(xiàn)起到?jīng)Q定性的作用，因此做好發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的評(píng)價(jià)和優(yōu)化，是各大主機(jī)廠的基礎(chǔ)工作和核心工作。

發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲主要分為燃燒噪聲、機(jī)械噪聲和空氣動(dòng)力噪聲[1]。空氣動(dòng)力噪聲主要有風(fēng)扇噪聲、進(jìn)排氣噪聲等，而工程上在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲評(píng)價(jià)時(shí)，一般是將發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇拆除、進(jìn)排氣噪聲進(jìn)行屏蔽，所以研究發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲一般只包括兩個(gè)方面：燃燒噪聲與機(jī)械噪聲[2]。

燃燒噪聲是指氣缸內(nèi)燃燒所形成的壓力振動(dòng)通過缸蓋、活塞—連桿—曲軸—機(jī)體向外輻射的噪聲，與燃燒的惡劣程度強(qiáng)相關(guān)[3]。

機(jī)械噪聲主要是活塞敲擊噪聲、配氣機(jī)構(gòu)氣門回彈噪聲、附件噪聲、正時(shí)系統(tǒng)噪聲、機(jī)油泵系統(tǒng)噪聲等，與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速呈正相關(guān)，轉(zhuǎn)速越高機(jī)械噪聲越大[3]。

由某國(guó)六汽油機(jī)噪聲map圖可知：該發(fā)動(dòng)機(jī)80%負(fù)荷以下，機(jī)械噪聲能量占總噪聲能量70%以上。機(jī)械噪聲占比過大，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲頻率復(fù)雜，聲音嘈雜，尤其是整車在低負(fù)荷、輕油門狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲由以機(jī)械噪聲為主，嚴(yán)重影響聲品質(zhì)和乘客主觀感受，引起顧客抱怨。

本文以該款小排量國(guó)六汽油機(jī)為例，對(duì)其機(jī)械噪聲進(jìn)行分解、研究，為發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械噪聲研究積累相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)，為機(jī)械噪聲優(yōu)化打下基礎(chǔ)。

1? 機(jī)械噪聲分解方法

發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械件結(jié)構(gòu)、噪聲測(cè)試示意圖，如圖1、圖2所示。

通過表1所示步驟，依次拆除前端附件、削凸輪軸桃尖、拆正時(shí)鏈條、拆活塞連桿等方式，試驗(yàn)測(cè)試、計(jì)算得到各運(yùn)動(dòng)件的噪聲貢獻(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵零部件噪聲的分離。

通過試驗(yàn)1，獲得0%負(fù)荷完整狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)四方平均噪聲聲壓值，記為P1。

通過試驗(yàn)2，獲得0%負(fù)荷，附件系統(tǒng)不工作狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)四方平均噪聲聲壓值，記為P2。

通過試驗(yàn)3，獲得0%負(fù)荷，附件系統(tǒng)、配氣機(jī)構(gòu)系統(tǒng)不工作狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)四方平均噪聲聲壓值，記為P3。

通過試驗(yàn)4，獲得0%負(fù)荷，附件系統(tǒng)、配氣機(jī)構(gòu)系統(tǒng)、正時(shí)系統(tǒng)不工作狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)四方平均噪聲聲壓值，記為P4。

通過試驗(yàn)5，獲得0%負(fù)荷，附件系統(tǒng)、配氣機(jī)構(gòu)系統(tǒng)、正時(shí)系統(tǒng)、活塞連桿系統(tǒng)不工作狀態(tài)下發(fā)動(dòng)機(jī)四方平均噪聲聲壓值，記為P5。

通過表2所示步驟，可實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)噪聲的占比計(jì)算。

2? 整機(jī)機(jī)械噪聲分析

以某國(guó)六小排量汽油機(jī)為例，通過以上方法試驗(yàn)后，得到各狀態(tài)下，整機(jī)噪聲值，如圖3所示;計(jì)算得到各系統(tǒng)噪聲值能量貢獻(xiàn)，如圖4所示。

由圖4可知，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械噪聲中，活塞連桿、前端附件、配氣機(jī)構(gòu)、正時(shí)系統(tǒng)、機(jī)油泵等運(yùn)動(dòng)件工作噪聲較突出，運(yùn)動(dòng)件噪聲貢獻(xiàn)占機(jī)械噪聲90%以上。

其中，活塞連桿噪聲占比20-50%、配氣機(jī)構(gòu)噪聲占比0-40%、附件噪聲占比10-25%、機(jī)油泵噪聲占比10-15%;低轉(zhuǎn)速段活塞連桿、配氣機(jī)構(gòu)噪聲對(duì)整機(jī)噪聲影響較大。

3? 子系統(tǒng)機(jī)械噪聲分析

3.1 附件系統(tǒng)噪聲

如圖5所示，拆除附件皮帶，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲平均降低0-1.5dB（A），附件噪聲對(duì)前方、進(jìn)氣側(cè)噪聲影響較大。

附件噪聲主要為發(fā)電機(jī)噪聲：發(fā)電機(jī)爪極（15.78/31.56/47.34/63.12）階次噪聲、前風(fēng)扇氣流階次噪聲（28.93）、后風(fēng)扇氣流階次噪聲（26.3）。

3.2 配氣機(jī)構(gòu)噪聲

如圖6所示，配氣機(jī)構(gòu)不工作，能有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)四方平均噪聲0-2dB（A），配氣機(jī)構(gòu)噪聲對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中低轉(zhuǎn)速段（1000-3500rpm）噪聲影響較大。

如圖7和圖8所示，配氣機(jī)構(gòu)噪聲主要為0.5倍諧階次噪聲和氣門撞擊缸蓋產(chǎn)生的寬頻結(jié)構(gòu)共振輻射噪聲。

從圖9可以看出，氣門撞擊缸蓋產(chǎn)生的寬頻結(jié)構(gòu)共振輻射噪聲是配氣機(jī)構(gòu)的主要噪聲源;配氣機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的0.5倍諧階次噪聲對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)總噪聲基本無影響。

3.3 正時(shí)系統(tǒng)噪聲

如圖10所示，拆除正時(shí)鏈條，正時(shí)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不工作，能有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)四方平均噪聲0-2dB（A），正時(shí)系統(tǒng)噪聲對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中低轉(zhuǎn)速段（1000-3500rpm）噪聲影響較大。

如圖11所示，正時(shí)鏈條噪聲主要為寬頻摩擦噪聲，無明顯階次噪聲（23階次）。

3.4 活塞連桿系統(tǒng)噪聲

如圖12所示，拆除活塞連桿，能有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)四方平均噪聲5-7dB（A），活塞連桿運(yùn)動(dòng)噪聲對(duì)四方噪聲貢獻(xiàn)較大，是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械噪聲的主要噪聲源。

如圖13和圖14所示，活塞連桿噪聲主要包括階次噪聲和活塞運(yùn)動(dòng)激勵(lì)起的缸體共振輻射噪聲;3300rpm以下以共振輻射噪聲為主，3300rpm以上以階次噪聲為主。

3.5 機(jī)油泵系統(tǒng)噪聲

如圖15所示，機(jī)油泵階次噪聲較突出（基頻10），機(jī)油泵噪聲對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前方、進(jìn)氣側(cè)噪聲影響較大。

4? 總結(jié)與展望

由上文研究可知，該國(guó)六小型汽油機(jī)機(jī)械噪聲分解結(jié)論如下：①發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械噪聲中，活塞連桿、前端附件、配氣機(jī)構(gòu)、正時(shí)系統(tǒng)、機(jī)油泵等運(yùn)動(dòng)件工作噪聲較突出，運(yùn)動(dòng)件噪聲占機(jī)械噪聲的90%以上。②活塞連桿噪聲占比20-50%，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)四方噪聲貢獻(xiàn)均較大，影響發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲5-7dB（A），是機(jī)械噪聲的主要噪聲源。3300rpm以下以共振輻射噪聲為主，3300rpm以上以階次噪聲為主。③配氣機(jī)構(gòu)噪聲占比0-40%，對(duì)上方噪聲貢獻(xiàn)較大，影響發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲0-2dB（A），是發(fā)動(dòng)機(jī)中低轉(zhuǎn)速段（1000-3500rpm）的主要噪聲源之一，為氣門落座敲擊缸蓋產(chǎn)生的寬頻噪聲。④附件噪聲占比10-25%，對(duì)前方、進(jìn)氣側(cè)噪聲貢獻(xiàn)較大，影響發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲0-1.5dB（A），主要為發(fā)電機(jī)風(fēng)噪。⑤正時(shí)系統(tǒng)噪聲占比0-15%，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中低轉(zhuǎn)速段（1000-3500rpm）噪聲影響較大，主要為寬頻摩擦噪聲，無明顯階次噪聲（23階次）。⑥機(jī)油泵噪聲占比10-15%，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前方、進(jìn)氣側(cè)噪聲影響較大，主要表現(xiàn)為階次噪聲（基頻10）。

參考本文方法，可對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)外特性噪聲進(jìn)行分解，得到燃燒噪聲與各子系統(tǒng)噪聲的能量占比，為發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)噪聲的聲壓級(jí)的優(yōu)化提供方向，如圖16所示。

參考文獻(xiàn)：

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[3]吳炎庭，袁衛(wèi)平.內(nèi)燃機(jī)噪聲振動(dòng)與控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.