發動機振動噪聲試驗室規劃建設研究

許國強

（泛亞汽車技術中心有限公司，上海 201201）

1 概述

1.1 消聲室的概念

消聲室分為全消聲室和半消聲室。6個面全部鋪設吸聲材料的試驗室為全消聲室，只在5個面鋪設吸聲材料的稱為半消聲室。發動機NVH試驗室可以建成全消聲室，也可以建設半消聲室。但綜合考慮使用需求、成本、試驗原理、發動機進出方便等因素，多數發動機振動噪聲試驗室為半消聲室，此次新建的發動機振動噪聲試驗室也是半消聲室。

1.2 發動機振動噪聲試驗室的組成

發動機振動噪聲試驗室主要由半消聲室、低噪聲低慣量電力測功機系統、碳纖維軸驅動系統、聲學測量系統、油耗儀、發動機機油和冷卻液溫控設備、發動機進氣空調系統等組成，通過對相關測試設備和輔助設備的調試集成，以滿足發動機的動力性能、燃油經濟性能和振動噪聲測試需求。

2 發動機振動噪聲試驗室技術要求

本文提及的發動機振動噪聲試驗室主要用于功率 220KW以下的發動機，最高轉速8000rpm，最大驅動扭矩500N.M。

此次建設的發動機振動噪聲試驗室的噪聲指標：(1)半消聲室截止頻率：50Hz(2)自由場半徑：不小于2.5米(3)在外部環境噪聲約為 85dB(A)，房間內直接配套的所有設備都關閉、空調關閉時，半消聲室本底噪聲≤25dB(A)；空調開啟時，半消聲室本底噪聲≤35dB (A)。

圖1 噪聲指標

此次發動機振動噪聲試驗室的半消聲室頂部吸聲材料采用尖劈、墻面采用吸聲平板，并結合建筑結構設計該半消聲室的尺寸為：7.6(L)×6.7(W)×4.5m(H)。

基于以上條件，在發動機拆除、空調通風系統運轉，分別在測功機怠速（750rpm）及7000rpm空轉時，測量傳動軸上方、左側和右側1米位置等三個測點位置時，噪聲指標需要滿足以上要求。

3 發動機振動噪聲試驗室結構

3.1 建筑結構

為了滿足試驗室振動噪聲要求，此次建設的發動機 NVH試驗室采用復雜的房中房加地下室結構，整個發動機振動噪聲試驗室懸置于整棟大樓的建筑基礎上，通過隔振墊與建筑基礎隔開、半消聲室與外墻進行物理隔離，以阻斷外界環境對發動機振動噪聲試驗室的干擾。為了避免振動及噪音傳遞，內外房之間不允許有任何剛性連接。試驗室的布置圖見圖2。

圖2 發動機NVH試驗室布置圖

3.2 內房隔振設計

為了使傳到消聲室的振動能夠有效地減弱，本項目隔振系統的固有頻率比值為5，消聲室測試最低頻率為25HZ，則消聲室與隔振器組成的隔振系統固有頻率為5HZ。

內房選用高壓縮比橡膠隔振系統，隔振系統固有頻率5HZ。

3.3 質量塊隔振設計

經過分析計算，在發動機水泥質量塊的下部布置40塊隔振墊，與建筑地基隔開振動以實現質量塊的自振頻率5Hz。

經過分析計算，在測功機水泥質量塊的下部布置7塊隔振墊，與建筑地基隔開振動以實現質量塊的自振頻率5Hz。

3.4 半消聲室隔聲設計

本項目采用內外房結構，消聲室的內墻為鋼筋混凝土現澆墻體，厚度 250mm。為了確保隔聲要求，施工用模板固定螺桿采用止水螺桿工藝，施工結束后，只需要切除露出墻體的螺桿，其余保留在墻體內不用取出。外墻采用240mm厚磚墻，內外房間距 500mm，為保證隔振效果，內外房之間不允許任何剛性連接。

預留孔洞對半消聲室噪音有很大的影響，在管道、橋架施工完成后，需要采用聲學材料對孔洞進行密封。

4 發動機振動噪聲試驗設備選型

4.1 碳纖維穿墻軸

此次選用的穿墻碳纖維軸長度約3500mm，穿墻軸穿過試驗室內外房隔音墻，通過軸承座、聯軸器等，將發動機和測功機連接在一起。碳纖維長軸外圈設有帶吸音材料的隔聲罩，防止長軸轉動時噪聲外傳。

4.2 其余輔助測試設備

為了避免設備運行時的噪音傳入半消聲室內，影響聲學性能。將設備分別布置于一層設備間或者地下室內，如圖 3所示。

發動機燃油控制及測量儀內設置有油泵，油泵出口壓力約4.5公斤，該測量儀運行時會發出沉悶的噪聲。而且油管為金屬編織軟管會將聲音傳遞至半消聲室內，為了消除半消聲室內的噪聲，油管需要與周圍設備間進行隔振及密封處理。

發動機進氣空調運行時，噪音達到87dB，為了避免影響NVH試驗室聲學測試，將發動機進氣空調布置于地下室內。而且，發動機進氣空調至發動機進氣口之間嚴禁剛性連接，全部采用軟管連接。

圖3 試驗室一層及地下室設備布置

5 結論

發動機振動噪聲試驗室的設計和建設，綜合考慮了聲學、發動機結構、建筑、工藝設備等多方面知識，試驗室的建筑結構復雜、施工工藝困難。經過精細的方案設計計算和嚴格的施工管理，該發動機NVH試驗室達到了預期效果，滿足技術要求，如圖4所示。在測功機、空調等設備運行時，半消聲內的噪音指標滿足技術要求，達到國內領先水平。

圖4 試驗室本底噪聲