石來華

(重慶車輛檢測研究院有限公司，重慶 401122)

0 引言

大氣污染、水污染和噪音污染為當今世界三大主要污染，已成為一個世界性的問題［1］。在現(xiàn)代城市環(huán)境噪聲源中，道路交通噪聲是城市環(huán)境噪聲的主要聲源［2－6］，而發(fā)動機噪聲對整車車外加速噪聲的貢獻最大［7－9］，因此有必要對發(fā)動機的噪聲輻射進行系統(tǒng)分析研究，進一步優(yōu)化和降低發(fā)動機的整機噪聲，使整車車外加速噪聲達滿足新的法規(guī)要求［10－12］。

要降低發(fā)動機整機噪聲，其噪聲源識別非常重要，在噪聲控制技術中聲源識別除了要盡量準確確定發(fā)聲部件及它們在整機噪聲中所占的比例，另外還應能通過對測量信號的處理獲得具體聲源的傳播途徑、變化規(guī)律、頻譜特性等，為進一步的降噪分析工作提供指導。噪聲源識別的主要方法有分別運轉消去法、聲壓測量法、頻譜分析法、表面振動速度法、信號分析法和聲全息法［13－14］。聲全息法對被測對象可得到任意頻率的聲源分析圖像，根據圖像上確定的位置，就可進行有效的噪聲控制。用該法分析聲源強度分布時，對發(fā)動機本身的聲場沒有任何附加的影響［15］。

筆者以某渦輪增壓直噴汽油機為研究對象，采用聲全息法對該汽油機在3 000 r/min和5 000 r/min時的空載、50%負荷和100%負荷工況下的噪聲源識別進行了試驗研究。

1 噪聲源識別試驗

1．1 發(fā)動機基本參數及測試設備

試驗用發(fā)動機為1．4 L渦輪增壓缸內直噴汽油機，基本參數如表1所示。

表1 試驗發(fā)動機基本參數

本次試驗在天津大學內燃機燃燒學國家重點實驗室半消聲試驗室進行。主要試驗設備如表2所示。

表2 主要試驗設備

1．2 試驗過程

本次噪聲源識別試驗采用聲全息分析法，通過聲學照相機識別發(fā)動機整機的噪聲源，試驗時聲陣列放置距每個表面1～1．5 m位置處，其示意圖如圖1所示。由于發(fā)動機的底面和后端面不方便聲陣列的布置，故本次試驗只對發(fā)動機進氣側、排氣側、前側面和頂面進行噪聲源識別。

圖1 聲陣列放置示意圖

本文主要對該發(fā)動機3 000 r/min(扭矩點)和5 000 r/min(功率點)這兩個轉速點的空載、50%負荷和100%負荷工況下的發(fā)動機輻射噪聲源識別進行了測試，并采用總聲壓級聲源識別方法對試驗數據進行處理。

2 發(fā)動機噪聲源識別試驗結果

2．1 進氣側噪聲源識別

圖2～7為發(fā)動機不同工況下進氣側的噪聲源識別結果。由圖2～4可以看出，在3 000 r/min時，發(fā)動機進氣側的噪聲主要從變速箱與發(fā)動機結合部位輻射出來，隨著負荷的增加，機體和缸蓋左側面是主要噪聲輻射部位，油底殼表面、缸蓋罩和靠近機體的變速箱表面也有一定的貢獻量。

圖2 進氣側噪聲源識別(3000r/min，空載)

圖3 進氣側噪聲源識別(3000r/min，50%負荷)

由圖5～7可以看出，5 000 r/min時，進氣側的噪聲輻射和3 000 r/min時的主要噪聲輻射部位有一定的變化，其輻射部位逐漸向發(fā)動機靠近。100%負荷時，發(fā)動機進氣側噪聲輻射面較廣，噴油泵、油底殼和與油底殼相連的機體表面是主要噪聲輻射部位。

圖4 進氣側噪聲源識別(3000r/min，100%負荷)

圖5 進氣側噪聲源識別)(5000r/min，空載)

圖6 進氣側噪聲源識別(5000r/min，半載)

圖7 進氣側噪聲源識別(5000r/min，100%負荷)

2．2 排氣側噪聲源識別

圖8 ～13為發(fā)動機不同工況下排氣側的噪聲源識別結果。由圖8～13可以看出，在較低的負荷時，噪聲主要從發(fā)電機附近輻射出來的，在隨著負荷增加，排氣管部位的噪聲輻射開始占主要輻射部位，且輻射噪聲最大聲壓級隨著負荷的增加而增加。

圖8 排氣側噪聲源識別(3000r/min，空載)

圖9 排氣側噪聲源識別(3000r/min，半載)

圖10 排氣側噪聲源識別(3000r/min，100%負荷)

圖11 排氣側噪聲源識別)(5000r/min，空載)

圖12 排氣側噪聲源識別(5000r/min、50%負荷)

圖13 排氣側噪聲源識別(5000r/min，100%負荷)

2．3 前側面噪聲源識別

圖14 ～19為發(fā)動機不同工況下前側面的噪聲源識別結果。從圖14～19可以看出，在空載狀態(tài)下，主要輻射部位在發(fā)電機附近，噪聲主要從發(fā)電機附近輻射出來的，隨著負荷增加，主要輻射部位逐漸轉移到惰輪、張緊輪和曲軸中心位置附近，這主要由前端齒輪嚙合噪聲造成的。

圖14 前側面噪聲源識別(3000r/min，空載)

圖15 前側面噪聲源識別(3000r/min，半載)

圖16 前側面噪聲源識別(3000r/min，100%負荷)

圖17 前側面噪聲源識別 (5000r/min，空載)

圖18 前側面噪聲源識別(5000r/min、50%負荷)

圖19 前側面噪聲源識別 (5000r/min，100%負荷)

2．4 頂面噪聲源識別

圖20 ～25為發(fā)動機不同工況下頂面的噪聲源識別結果。由圖20～25可以看出，在較低的轉速下，發(fā)動機頂面的主要輻射部位在高壓油泵和發(fā)電機，隨著轉速和負荷的增加，主要輻射部位逐漸轉移到前端齒輪罩殼、水泵皮帶輪附近，這主要由前端齒輪嚙合噪聲造成的。

圖20 頂面噪聲源識別(3000r/min，空載)

圖21 頂面噪聲源識別(3000r/min，半載)

圖22 頂面噪聲源識別(3000r/min，100%負荷)

圖23 頂面噪聲源識別 (5000r/min，空載)

圖24 頂面噪聲源識別(5000r/min、50% 負荷)

圖25 頂面噪聲源識別 (5000r/min，100% 負荷)

2．5 不同轉速和負荷下各側面最大聲壓級對比

發(fā)動機不同工況下各側面的輻射噪聲最大聲壓級對比如表3所示。

表3 不同轉速和負荷下各側面輻射噪聲最大聲壓級

從表3中可以看出，同一轉速下，隨著負荷的增加，發(fā)動機各側面的輻射噪聲聲壓級增加。同一負荷下，隨著轉速的增加，發(fā)動機各側面的輻射噪聲聲壓級增加，總體上看，前端面輻射噪聲的聲壓級比其它側面低，噪聲輻射貢獻值小，進排氣側有較大的噪聲輻射。

3 結論

(1)發(fā)動機輻射噪聲的主要部位有機體兩側面、發(fā)電機表面、高壓油泵、惰輪和張緊輪、變速箱箱體、油底殼和缸蓋罩。

(2)在3 000 r/min和5 000 r/min轉速負荷下，前端面輻射噪聲的聲壓級比其它側面低，噪聲輻射貢獻值小，進排氣側有較大的噪聲輻射。

(3)同一負荷下，隨著轉速的上升，發(fā)動機各側面的輻射噪聲聲壓級增加。

(4)同一轉速下，負荷越大，發(fā)動機各側面的輻射噪聲聲壓級越強。

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