（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

某型大客車的噪聲分析及改進(jìn)

彭玉雷

（上海柴油機(jī)股份有限公司，上海200438）

簡述了國內(nèi)外汽車噪聲控制的現(xiàn)狀及影響客車噪聲的因素，并對某大型客車的噪聲問題進(jìn)行了分析。通過在發(fā)動(dòng)機(jī)低速工況下采用預(yù)噴射、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管隔熱罩的材料、改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)艙板的結(jié)構(gòu)和吸聲材料等措施，降低了車內(nèi)外的噪聲，取得了顯著成效。

客車噪聲頻譜分析預(yù)噴射

1 前言

現(xiàn)在汽車噪聲已成為影響人們生活環(huán)境質(zhì)量的重要污染源，國際汽車領(lǐng)域在控制汽車尾氣排放的同時(shí)，也開始關(guān)注汽車噪聲的控制。發(fā)達(dá)國家對汽車噪聲的控制是非常重視的，中國汽車產(chǎn)品的噪聲控制水平和發(fā)達(dá)國家的差距首先體現(xiàn)在噪聲的測量方法和有關(guān)噪聲限值的法規(guī)上。歐盟、日本、美國等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)基本上每6年就會(huì)修訂一次噪聲的限值，每次修訂都會(huì)將噪聲限值降低1～2 dB(A)。中國《汽車加速行駛車外噪聲限值》所規(guī)定的水平與國外差距有8年左右，聲級相差有2～4 dB(A)[1]。

我國是一個(gè)以公共交通為主的國家，長途客車、旅游客車、公共汽車在路上行駛的比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于世界平均水平，因此客車噪聲污染更不可忽視。

2 影響客車噪聲的因素

根據(jù)對環(huán)境的影響，客車噪聲一般分為車內(nèi)噪聲和車外噪聲。車內(nèi)噪聲是指客車車廂內(nèi)的噪聲，它給駕駛員和乘客的感受最直接，影響乘客的乘坐舒適性，所以車內(nèi)噪聲水品是衡量客車檔次的重要標(biāo)準(zhǔn)之一；車外噪聲是指在客車運(yùn)行時(shí)在其旁邊測得的噪聲，它是城市交通噪聲中重要的組成部分。

影響客車噪聲的因素主要有以下7方面：（1）發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的噪聲及振動(dòng)；（2）風(fēng)扇運(yùn)行時(shí)的噪聲、進(jìn)排氣系統(tǒng)的氣流噪聲；（3）客車內(nèi)飾材料的性能(吸聲性能)及車身密封性；（4）輪胎噪聲；（5）傳動(dòng)系工作噪聲；（6）空調(diào)系統(tǒng)的工作噪聲；（7）車輛行駛時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)噪聲等。

3 某型大客車噪聲的分析及改善

2013年初上海申沃公司新開發(fā)了一款12米公交車，其主要技術(shù)參數(shù)如表1。

用戶試乘樣車后反應(yīng)，該車型在低速工況特別是怠速工況時(shí)車內(nèi)外噪聲明顯偏高，加速行駛時(shí)車內(nèi)噪聲較大，乘客感到舒適性較差。針對此問題，我們進(jìn)行了噪聲源特性測試及分析，確定了改善的目標(biāo)及方案。

在北京通州交通部汽車試驗(yàn)場的停車場內(nèi)，利用B&K 2238聲級計(jì)和RⅠON（理音）ⅤA-11振動(dòng)儀對整車原地怠速狀態(tài)的噪聲、振動(dòng)情況進(jìn)行了檢測。

表1 某型大客車主要技術(shù)參數(shù)

3.1檢測結(jié)果分析

3.1.1 噪聲檢測分析

在整車原地怠速工況下，在完整狀態(tài)（打開空調(diào)和電子風(fēng)扇）和發(fā)動(dòng)機(jī)裸機(jī)狀態(tài)下分別檢測車內(nèi)外的噪聲值，兩次測量結(jié)果相差不大。

對噪聲做頻譜分析，發(fā)現(xiàn)噪聲峰值的頻率為31.5 Hz，參見圖1和圖2。該頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)怠速的點(diǎn)火頻率相符，發(fā)動(dòng)機(jī)怠速為620 r/min，其點(diǎn)火頻率=620／60×6／2=31 Hz。上述檢測結(jié)果表明，整車原地怠速工況的噪聲主要來自發(fā)動(dòng)機(jī)。

圖1 完整狀態(tài)時(shí)某測點(diǎn)的噪聲頻譜

3.1.2 振動(dòng)檢測分析

在整車原地怠速工況下，對發(fā)動(dòng)機(jī)前后支承軟墊的隔振率進(jìn)行檢測，圖3為測點(diǎn)示意圖，表2為檢測結(jié)果。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)裸機(jī)狀態(tài)時(shí)某測點(diǎn)的噪聲頻譜

圖3 測點(diǎn)位置示意圖

客車一般要求軟墊隔振率不小于90%，從檢測結(jié)果看，該車軟墊隔振率基本符合要求。綜合上述分析，要解決此問題應(yīng)從控制發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲著手。

3.2降噪措施

控制噪聲有2種辦法：一是降低噪聲源的噪聲，二是控制噪聲的傳播途徑。通過對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行臺(tái)架檢測以及對整車現(xiàn)場檢測觀察，確定了以下幾種改進(jìn)措施：（1）在柴油機(jī)低速工況采用預(yù)噴射，降低低速工況的燃燒噪聲；（2）改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管隔熱罩的材料，以降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲；（3）改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)艙板的結(jié)構(gòu)和發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)吸聲材料，改善隔聲和吸聲效果。

3.2.1 在柴油機(jī)低速工況采用預(yù)噴射

燃燒噪聲占柴油機(jī)整機(jī)噪聲的比例很大，是主要的噪聲源。而控制燃燒噪聲的關(guān)鍵是控制燃燒最高壓力的升高率，力求形成柔和的工作過程。最大壓力升高率取決于滯燃期內(nèi)積聚的可燃燃油量的多少。滯燃期越長，著火前積聚的可燃混合氣量越多，則燃燒噪聲越大。研究表明采用預(yù)噴射是一種降低燃燒噪聲的有效措施。預(yù)噴射就是在噴射過程中設(shè)定一次短暫的停止噴射期，在主噴射之前先噴入一小部分燃油，待其著火后再進(jìn)行主噴射。由于預(yù)噴射燃油被提前點(diǎn)燃，使主噴射燃油噴入前的燃燒室壁面溫度升高，導(dǎo)致主噴射的滯燃期明顯縮短，從而減少滯燃期內(nèi)的燃油量，達(dá)到降低燃燒噪聲的目的[2]。預(yù)噴射量和預(yù)噴射定時(shí)對預(yù)混合燃燒過程有重要影響，是影響燃燒噪聲的重要參數(shù)。為降低柴油機(jī)低速工況的燃燒噪聲，在620～900 r/min的低轉(zhuǎn)速區(qū)采用預(yù)噴射技術(shù)。將預(yù)噴射定時(shí)設(shè)為3℃A，對預(yù)噴射量分別為3 mm3、5 mm3和8 mm3時(shí)的降噪效果進(jìn)行試驗(yàn)研究。

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)支承軟墊隔振率檢測結(jié)果

3.2.2 改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管隔熱罩的材料

內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)上很小的振幅會(huì)造成很高的噪聲，以控制結(jié)構(gòu)噪聲來控制噪聲輻射是一種有效的措施。控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)的方法有：增加結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量、降低激振力、提高結(jié)構(gòu)件薄弱環(huán)節(jié)的剛度、設(shè)置阻尼、阻斷振動(dòng)的傳遞、減小結(jié)構(gòu)噪聲輻射表面等。

按照GB 1859的要求，采用標(biāo)準(zhǔn)的9點(diǎn)測試法檢測發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲，發(fā)現(xiàn)排氣管處的噪聲明顯偏高。分析后決定更改排氣管隔熱罩的材料，增加隔熱罩的振動(dòng)阻尼以降低其振動(dòng)噪聲。原隔熱罩的材料為1.5 mm的不銹鋼板，現(xiàn)改為三明治式結(jié)構(gòu)，中間材料為2 mm的carbolanc paper，內(nèi)外層為0.25 mm的AlSi430，并且對表面進(jìn)行壓花處理。

3.2.3 改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)艙板的結(jié)構(gòu)和吸聲材料

通過對整車進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)艙板是網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)，未完全密封，隔聲效果較差。采用木板將機(jī)艙板覆蓋后重新檢測車外噪聲，發(fā)現(xiàn)降噪效果明顯。據(jù)此，向申沃公司提出了整改意見，改進(jìn)前后的結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)艙板

另外，原發(fā)動(dòng)機(jī)艙吸聲材料的吸聲率偏低。經(jīng)過調(diào)研找到一種吸聲率好的材料，并向申沃公司建議更換成此材料。原吸聲材料及改進(jìn)后的吸聲材料見圖5。

圖5 改進(jìn)吸聲材料

3.3改進(jìn)措施的效果

3.3.1 預(yù)噴射的降噪效果

根據(jù)GB 1859的要求，采用標(biāo)準(zhǔn)的9點(diǎn)測試法對比檢測發(fā)動(dòng)機(jī)采用預(yù)噴射前后的噪聲。在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況下，不同的預(yù)噴射量（3 mm3、5 mm3、8 mm3）對發(fā)動(dòng)機(jī)怠速噪聲的影響見圖6。

圖6 預(yù)噴射量對發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況噪聲的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，在怠速工況下采用較小的預(yù)噴射量（3 mm3）的降噪效果最佳，可使發(fā)動(dòng)機(jī)怠速噪聲降低2.6 dB(A)。將3 mm3的預(yù)噴射量應(yīng)用到整個(gè)低速空載區(qū)域（620～900 r/min），其降噪效果見圖7。從圖中可見，在620～900 r/min的整個(gè)低速空載區(qū)域采用3 mm3的預(yù)噴射量都有較好的降噪效果。

圖7 預(yù)噴射對低速噪聲的影響

3.3.2 改進(jìn)排氣管隔熱罩的降噪效果

按9點(diǎn)檢測法檢測在不同轉(zhuǎn)速下改進(jìn)型隔熱罩的降噪效果，檢測結(jié)果見圖8。從圖中可以看到，改進(jìn)型隔熱罩在低速、空載工況下有較好的降噪效果，怠速時(shí)可降噪1.7 dB(A)，但在中高速、大負(fù)荷工況下的降噪效果并不明顯。

3.3.3 改進(jìn)措施在整車上的降噪效果

首先看整車原地怠速狀態(tài)下的降噪效果。選9個(gè)測點(diǎn)對車輛進(jìn)行測試。測點(diǎn)1～4在車廂內(nèi)，分別是駕駛員耳旁、車廂中部、最后一排座椅和后車窗處，測點(diǎn)5～9在車廂外。測點(diǎn)示意圖見圖9，怠速工況下各測點(diǎn)的降噪效果見圖10。由圖中可見，經(jīng)過改進(jìn)，整車怠速工況下車內(nèi)、車外噪聲均有改善，車內(nèi)最后一排座位處（測點(diǎn)3）降噪1.7 dB(A)，車外車尾處（測點(diǎn)7）降噪2.7 dB(A)，效果明顯。

圖8 改進(jìn)型隔熱罩在不同轉(zhuǎn)速的降噪效果

圖9 測點(diǎn)位置示意圖

圖10 怠速工況下各測點(diǎn)的降噪效果

再看0～50 km/h加速工況下車內(nèi)的降噪效果。試驗(yàn)在郊外高速直道上進(jìn)行，測量儀器為B&K 2238聲級計(jì)。測點(diǎn)1～4分別是駕駛員耳旁、車中部、最后一排座椅和后車窗處。降噪效果見圖11。

從圖中可以看到，0～50 km/h加速行駛工況車內(nèi)降噪效果非常明顯，車廂中部（測點(diǎn)2）的降噪幅度最大，達(dá)到5.15 dB(A)。

圖11 0～50 km/h加速行駛工況車內(nèi)降噪效果

4 結(jié)論

通過對某型大客車的噪聲進(jìn)行檢測，利用頻譜分析法、選擇運(yùn)行法找出了主要的影響因素，即發(fā)動(dòng)機(jī)低速的燃燒噪聲和排氣管隔熱罩振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，此外發(fā)動(dòng)機(jī)艙的隔聲和吸聲效果較差。針對這些因素進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。經(jīng)驗(yàn)證改進(jìn)措施成效顯著，使問題得到很好的解決，同時(shí)也為今后解決類似問題積累了經(jīng)驗(yàn)。

1劉凱，陳棟.HFC6850K客車車內(nèi)噪聲的分析及改進(jìn)[A].2004年中國客車行業(yè)發(fā)展論壇暨中國客車學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C]，2004.

2王平，宋希庚，薛冬新等.預(yù)噴射對柴油機(jī)燃燒噪聲的影響[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2008（6）：496-500.

Analysis andⅠmprovement of Noise for a Type of Bus

Peng Yulei
（Shanghai Diesel Engine Co.,Ltd.,Shanghai 200438,China）

The status automotive noise control technology in home and abroad and the factors affecting bus noise are introduced.Analysis of noise sources of a type of bus is made.By using pilot injection at low speed,improving the material of exhaust heat shield,modifying the structure of engine room's door and using better sound absorption material,the noise inside and outside of the bus is significantly reduced.

bus,noise,spectrum analysis,pilot injection

10.3969/j.issn.1671-0614.2014.04.009

來稿日期：2014-09-15

彭玉雷（1982-），男，在讀工程碩士，主要研究方向?yàn)檎嚺c發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配技術(shù)。