某2.8L柴油机台架噪声试验研究

张俊 刘峰春 杨天军 唐智

摘要：通过采用声压测量法对柴油机进行整机台架噪声试验，试验结果表明：随着发动机转速和负荷的提高，发动机的噪声增大，转速对噪声的影响比负荷对噪声的影响更加明显;并且对发动机燃烧噪声、机械噪声的产生机理及其对整机噪声的贡献度进行了分析。

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.

关键词：柴油机;台架;噪声试验

Key words： diesel engine;bench;noise test

1  概述

台架试验作为发动机试验的重要组成部分，是研究检测发动机的机械性能、检验发动机可靠性以及模拟发动机的运行环境的主要手段;发动机的台架噪声试验作为检测发动机出厂的主要技术参数，如果处理不当会造成发动机噪声太大以致损坏零部件等问题;因此对发动机进行台架噪声试验研究，对于深入认识并掌握发动机台架噪声性质和变化规律，控制发动机噪声具有重要意义[1]。

对柴油机进行台架噪声试验研究主要是为了降低其的有害噪声。柴油机的噪声分为燃烧噪声、气体流动噪声和机械振动噪声三类，实际上燃烧噪声也是通过部件振动传出机体外部的;无论采用何种燃油供给系统和燃烧方式，都有必要对柴油机表面的振动特性和声学特性进行规律性研究，在噪声向外传递的途径上最大限度地控制噪声水平[2]。

2  试验方案

本文通过采用LMS测试软件对某2.8L柴油机整机的台架噪声情况进行测试，研究其在不同工况下的噪声变化规律，旨在了解该发动机在不同工况下的噪声特性和烈度等级，掌握发动机机体随转速、负荷等的变化规律，从而为发动机的降噪提供数据参考。其系统组成如图1所示。

2.1 测点的布置

发动机的台架试验采用橡胶弹性隔振器进行噪声强度和等级试验。对发动机的外特性和负荷特性工况进行测量，以掌握发动机在无弹性隔振器支撑的情况下噪声的变化规律。按照GB/T1859-2000《往复式内燃机辐射的空气噪声测量工程法和简易法》标准中布置测点（见图2）。由于受到测功机和后端联轴器影响，本次噪声测试后端测点未测试，采集了八点噪声（图2中除2点外的其余8点）。本试验发动机没有安装风扇，发动机进气管和排气管直接接出试验室外，因此在试验过程中可以忽略空气动力噪声的影响，主要考虑发动机表面辐射噪声，表面辐射噪声又分为机械噪声和燃烧噪声。本文将重点研究发动机的上述两种噪声对其的影响。

近声场测试点：选取距离发动机组表面1m处位置进行噪声测试和1/3倍频谱测试，主要点为4点发动机前端（靠近皮带轮）、1点发动机左侧（进气侧）、3点发动机右侧（排气侧）、9点发动机顶端、7点发动机右前（排气侧）、8点发动机左前（进气侧）、6点发动机右后、5点发动机左后。

2.2 表面声压级计算[3]

根据试验测得的计权和倍频带或倍频带声压级有必要先对试验室进行背景噪声修正，用下式计算计权和倍频带或倍频带表面声压级LPA：

式中：LPA为A计权和1/3倍频带或表面声压级基准值，dB（基准值：20μPa）;Lpi为背景噪声修正后第i个测点处A计权和倍频带或1/3倍频带声压级，dB（基准值：20μPa）;N为测量点数总数;K为测量发动机表面的平均环境修正值，dB。

测试环境的鉴别主要是在消声试验室内进行的，本文利用标准声源法求出试验环境修正平均值。将标定合格的标准声源放在被测试声源的测试环境中，使用相同的测量方法，测得标准声源的声压级，并计算出声功率级：

式中：LW为测试环境中测的标准声源的声功率级（dB）;LWr为标准声源标定的声功率级（dB）。

本试验中由测试环境中测的标准声源升功率级LW=99.1（dB），标准声源声功率级LWr=96.4（dB），所以平均环境修正值K=LW-LWr=2.7（dB）。

2.3 声功率级计算

发动机的A计权和倍频带或1/3倍频带声功率级LWA。按照下式计算：

3  发动机噪声试验分析

3.1 外特性噪声试验分析

发动机3600r/min八点声压级为93.84dB（A），2800r/min转速下，前端噪声为93.37dB（A），低于2600r/min和2400r/min前端噪声。从图3中可以看出，在外特性下，发动机八个测点噪声呈随转速升高而升高趋势。并且与转速基本成線性关系，这是由于当发动机转速升高时，气缸内活塞环的漏气量较少，使气缸内的压缩温度和压力升高，从而导致喷油压力提高，燃油喷射雾化均匀。上述过程将导致可燃混合气增多同时加速燃油混合气的形成，发动机的转速的升高，将使得气缸内燃烧更加剧烈，缸内的爆发压力提高，从而使发动机的噪声增大。另外随着转速的提高，将使得发动机各零部件以及传动机构的惯性增大，从而使得发动机产生的振动和机件之间的撞击加剧，使得噪声增大，所以噪声随着转速的提高而增大[4]。

从图3中还可以看出，四个1m测点噪声从高到低排序为前端、右端、左端和顶端，八点声压级低于前端、右端和左端噪声。从而可以看出发动机的传动机构、进气管和排气管将是其主要的噪声源。

发动机3600r/min下1m声压4个测点（前端、顶端、左端、右端）三分之一倍频程见图4。从图中可以看出，4个测点低频对总声压贡献较小，但在低频中的100Hz中心频带声压级都较大，该中心频率是发动机3600r/min二阶频率，这是由于发动机二阶造成。前端中频对总声压贡献较大，左端和右端中高频贡献较大。

3.2 负荷特性噪声试验分析

从图5可以看出，发动机在同转速下，八点声压随着扭矩增加的变化规律。在1500r/min下发动机的噪声随着扭矩的变化而起伏较大，在2000r/min下发动机的噪声随着扭矩的变化而起伏较小些;在3000r/min和3200r/min下，发动机的噪声随着扭矩的增大而增大，但幅值变化不大，发动机噪声受机械噪声影响较大。

负荷对稳态工况燃烧噪声的影响与其大小有关。对于直喷式柴油机，一方面随者负荷的增加，燃烧室壁面温度升高，滞燃期缩短;另一方面每个循环喷入的燃油量增加，喷油持续时间增大。喷油阀的开启时间决定了燃烧噪声大小同时也与滞燃期内可点燃混合油量的多少有关，所以只要喷油持续时间还小于滞燃期，那么喷油持续时间的增大就意味着滞燃期内喷入的燃油量增加，燃烧噪声增大，但当喷油持续时间增大到等于或着大于滞燃期时，继续增大负荷滞燃期内的喷入的燃油量就不会再增多，反而由于燃烧室壁面温度的增大，滞燃期减小，因而燃烧噪声将减弱。因此发动机在稳定工况下随着负荷的变化其噪声也将起伏不定[5]。

4  结论

通过对该发动机噪声特性的分析，可以得出以下结论：

首先对燃烧噪声和机械噪声产生的机理和特性进行试验研究，得出凡是能减少滞燃期内可燃混合气的数量的措施，都能降低燃烧噪声，机械噪声的产生缘于燃烧噪声;发动机缸内压力和压力升高率的振荡频率是决定燃烧噪声大小的两个主要直接因素，因此压力升高率和缸内压力振荡频率可用来表征燃烧噪声的大小，为改进发动机的设计和降低噪声提供了参考。

发动机的转速和负荷是影响发动机噪声的主要技术指标，且随着其增大，发动机的噪声增大，但相对于负荷来说，转速对噪声的影响更大。在发动机各部分产生的噪声中，传动结构的噪声影响较大，其次是排气管、进气管。根据发动机不同部位噪声的产生机理和大小，有针对性的采取降噪措施，可以降低发动机的噪声干扰，提升发动机整机的性能。

参考文献：

[1]赵士林.国外内燃机技术发展动向综述（一）[J].内燃机，1996（2）：56-62.

[2]赵士林.国外内燃机技术发展动向综述（二）[J].内燃机，1996（3）：3-6.

[3]陈卫锋，侯俊香.柴油机噪声试验研究[J].内燃机与动力装置，2010（2）：33-36.

[4]王之東，等.柴油机机械噪声与燃烧噪声识别的试验研究[J].内燃机，2007（6）：38-41.

[5]李兆文.柴油机燃烧噪声影响机理及控制研究[D].天津大学，2009.