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行整機臺架噪聲試驗，試驗結果表明：隨著發動機轉速和負荷的提高，發動機的噪聲增大，轉速對噪聲的影響比負荷對噪聲的影響更加明顯;并且對發動機燃燒噪聲、機械噪聲的產生機理及其對整機噪聲的貢獻度進行了分析。

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

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

對柴油機進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和燃燒方式，都有必要對柴油機表面的振動特性和聲學特性進行規律性研究，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行測試，研究其在不同工況下的噪聲變化規律，旨在了解該發動機在不同工況下的噪聲特性和烈度等級，掌握發動機機體隨轉速、負荷等的變化規律，從而為發動機的降噪提供數據參考。其系統組成如圖1所示。

2.1 測點的布置

發動機的臺架試驗采用橡膠彈性隔振器進行噪聲強度和等級試驗。對發動機的外特性和負荷特性工況進行測量，以掌握發動機在無彈性隔振器支撐的情況下噪聲的變化規律。按照GB/T1859-2000《往復式內燃機輻射的空氣噪聲測量工程法和簡易法》標準中布置測點（見圖2）。由于受到測功機和后端聯軸器影響，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）。本試驗發動機沒有安裝風扇，發動機進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：選取距離發動機組表面1m處位置進行噪聲測試和1/3倍頻譜測試，主要點為4點發動機前端（靠近皮帶輪）、1點發動機左側（進氣側）、3點發動機右側（排氣側）、9點發動機頂端、7點發動機右前（排氣側）、8點發動機左前（進氣側）、6點發動機右后、5點發動機左后。

2.2 表面聲壓級計算[3]

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

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

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

式中：LW為測試環境中測的標準聲源的聲功率級（dB）;LWr為標準聲源標定的聲功率級（dB）。

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

2.3 聲功率級計算

發動機的A計權和倍頻帶或1/3倍頻帶聲功率級LWA。按照下式計算：

3? 發動機噪聲試驗分析

3.1 外特性噪聲試驗分析

發動機3600r/min八點聲壓級為93.84dB（A），2800r/min轉速下，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，發動機八個測點噪聲呈隨轉速升高而升高趨勢。并且與轉速基本成線性關系，這是由于當發動機轉速升高時，氣缸內活塞環的漏氣量較少，使氣缸內的壓縮溫度和壓力升高，從而導致噴油壓力提高，燃油噴射霧化均勻。上述過程將導致可燃混合氣增多同時加速燃油混合氣的形成，發動機的轉速的升高，將使得氣缸內燃燒更加劇烈，缸內的爆發壓力提高，從而使發動機的噪聲增大。另外隨著轉速的提高，將使得發動機各零部件以及傳動機構的慣性增大，從而使得發動機產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。從而可以看出發動機的傳動機構、進氣管和排氣管將是其主要的噪聲源。

發動機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，該中心頻率是發動機3600r/min二階頻率，這是由于發動機二階造成。前端中頻對總聲壓貢獻較大，左端和右端中高頻貢獻較大。

3.2 負荷特性噪聲試驗分析

從圖5可以看出，發動機在同轉速下，八點聲壓隨著扭矩增加的變化規律。在1500r/min下發動機的噪聲隨著扭矩的變化而起伏較大，在2000r/min下發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，發動機的噪聲隨著扭矩的增大而增大，但幅值變化不大，發動機噪聲受機械噪聲影響較大。

負荷對穩態工況燃燒噪聲的影響與其大小有關。對于直噴式柴油機，一方面隨者負荷的增加，燃燒室壁面溫度升高，滯燃期縮短;另一方面每個循環噴入的燃油量增加，噴油持續時間增大。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可點燃混合油量的多少有關，所以只要噴油持續時間還小于滯燃期，那么噴油持續時間的增大就意味著滯燃期內噴入的燃油量增加，燃燒噪聲增大，但當噴油持續時間增大到等于或著大于滯燃期時，繼續增大負荷滯燃期內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。因此發動機在穩定工況下隨著負荷的變化其噪聲也將起伏不定[5]。

4? 結論

通過對該發動機噪聲特性的分析，可以得出以下結論：

首先對燃燒噪聲和機械噪聲產生的機理和特性進行試驗研究，得出凡是能減少滯燃期內可燃混合氣的數量的措施，都能降低燃燒噪聲，機械噪聲的產生緣于燃燒噪聲;發動機缸內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壓力振蕩頻率可用來表征燃燒噪聲的大小，為改進發動機的設計和降低噪聲提供了參考。

發動機的轉速和負荷是影響發動機噪聲的主要技術指標，且隨著其增大，發動機的噪聲增大，但相對于負荷來說，轉速對噪聲的影響更大。在發動機各部分產生的噪聲中，傳動結構的噪聲影響較大，其次是排氣管、進氣管。根據發動機不同部位噪聲的產生機理和大小，有針對性的采取降噪措施，可以降低發動機的噪聲干擾，提升發動機整機的性能。

參考文獻：

[1]趙士林.國外內燃機技術發展動向綜述（一）[J].內燃機，1996（2）：56-62.

[2]趙士林.國外內燃機技術發展動向綜述（二）[J].內燃機，1996（3）：3-6.

[3]陳衛鋒，侯俊香.柴油機噪聲試驗研究[J].內燃機與動力裝置，2010（2）：33-36.

[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，2009.