某發(fā)動機機械噪聲分解

崔慶濤 方順亭 楊清凱 馬志杰

摘要：本文通過對某國六汽油機進行機械噪聲分解試驗，提出了較為通用的發(fā)動機機械噪聲分解方法，得到了各運動件占整機噪聲的占比和頻譜，為發(fā)動機機械噪聲研究積累了相應的經(jīng)驗以及發(fā)動機的機械噪聲優(yōu)化指明了方向。

Abstract： In this paper， through the mechanical noise decomposition test of a National VI gasoline engine， a general engine mechanical noise decomposition method was proposed， and the proportion and frequency spectrum of each moving part in the whole machine noise were obtained， which has accumulated corresponding experience for the research of engine mechanical noise ， pointed out the direction for the optimization of the mechanical noise of the engine.

關鍵詞：汽油機;機械噪聲;噪聲分解

Key words： gasoline engine;mechanical noise;noise decomposition

中圖分類號：U464? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0033-04

0? 引言

隨著顧客對整車舒適性的要求越來越嚴苛，整車噪聲表現(xiàn)的好壞已成為評價整車性能的一項重要指標。而發(fā)動機作為整車的核心部件，對整車噪聲的綜合表現(xiàn)起到?jīng)Q定性的作用，因此做好發(fā)動機噪聲的評價和優(yōu)化，是各大主機廠的基礎工作和核心工作。

發(fā)動機的噪聲主要分為燃燒噪聲、機械噪聲和空氣動力噪聲[1]。空氣動力噪聲主要有風扇噪聲、進排氣噪聲等，而工程上在對發(fā)動機噪聲評價時，一般是將發(fā)動機的風扇拆除、進排氣噪聲進行屏蔽，所以研究發(fā)動機的噪聲一般只包括兩個方面：燃燒噪聲與機械噪聲[2]。

燃燒噪聲是指氣缸內(nèi)燃燒所形成的壓力振動通過缸蓋、活塞—連桿—曲軸—機體向外輻射的噪聲，與燃燒的惡劣程度強相關[3]。

機械噪聲主要是活塞敲擊噪聲、配氣機構(gòu)氣門回彈噪聲、附件噪聲、正時系統(tǒng)噪聲、機油泵系統(tǒng)噪聲等，與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速呈正相關，轉(zhuǎn)速越高機械噪聲越大[3]。

由某國六汽油機噪聲map圖可知：該發(fā)動機80%負荷以下，機械噪聲能量占總噪聲能量70%以上。機械噪聲占比過大，會導致發(fā)動機噪聲頻率復雜，聲音嘈雜，尤其是整車在低負荷、輕油門狀態(tài)運行時，發(fā)動機噪聲由以機械噪聲為主，嚴重影響聲品質(zhì)和乘客主觀感受，引起顧客抱怨。

本文以該款小排量國六汽油機為例，對其機械噪聲進行分解、研究，為發(fā)動機機械噪聲研究積累相應的經(jīng)驗，為機械噪聲優(yōu)化打下基礎。

1? 機械噪聲分解方法

發(fā)動機機械件結(jié)構(gòu)、噪聲測試示意圖，如圖1、圖2所示。

通過表1所示步驟，依次拆除前端附件、削凸輪軸桃尖、拆正時鏈條、拆活塞連桿等方式，試驗測試、計算得到各運動件的噪聲貢獻，可實現(xiàn)關鍵零部件噪聲的分離。

通過試驗1，獲得0%負荷完整狀態(tài)下發(fā)動機四方平均噪聲聲壓值，記為P1。

通過試驗2，獲得0%負荷，附件系統(tǒng)不工作狀態(tài)下發(fā)動機四方平均噪聲聲壓值，記為P2。

通過試驗3，獲得0%負荷，附件系統(tǒng)、配氣機構(gòu)系統(tǒng)不工作狀態(tài)下發(fā)動機四方平均噪聲聲壓值，記為P3。

通過試驗4，獲得0%負荷，附件系統(tǒng)、配氣機構(gòu)系統(tǒng)、正時系統(tǒng)不工作狀態(tài)下發(fā)動機四方平均噪聲聲壓值，記為P4。

通過試驗5，獲得0%負荷，附件系統(tǒng)、配氣機構(gòu)系統(tǒng)、正時系統(tǒng)、活塞連桿系統(tǒng)不工作狀態(tài)下發(fā)動機四方平均噪聲聲壓值，記為P5。

通過表2所示步驟，可實現(xiàn)子系統(tǒng)噪聲的占比計算。

2? 整機機械噪聲分析

以某國六小排量汽油機為例，通過以上方法試驗后，得到各狀態(tài)下，整機噪聲值，如圖3所示;計算得到各系統(tǒng)噪聲值能量貢獻，如圖4所示。

由圖4可知，發(fā)動機機械噪聲中，活塞連桿、前端附件、配氣機構(gòu)、正時系統(tǒng)、機油泵等運動件工作噪聲較突出，運動件噪聲貢獻占機械噪聲90%以上。

其中，活塞連桿噪聲占比20-50%、配氣機構(gòu)噪聲占比0-40%、附件噪聲占比10-25%、機油泵噪聲占比10-15%;低轉(zhuǎn)速段活塞連桿、配氣機構(gòu)噪聲對整機噪聲影響較大。

3? 子系統(tǒng)機械噪聲分析

3.1 附件系統(tǒng)噪聲

如圖5所示，拆除附件皮帶，發(fā)動機噪聲平均降低0-1.5dB（A），附件噪聲對前方、進氣側(cè)噪聲影響較大。

附件噪聲主要為發(fā)電機噪聲：發(fā)電機爪極（15.78/31.56/47.34/63.12）階次噪聲、前風扇氣流階次噪聲（28.93）、后風扇氣流階次噪聲（26.3）。

3.2 配氣機構(gòu)噪聲

如圖6所示，配氣機構(gòu)不工作，能有效降低發(fā)動機四方平均噪聲0-2dB（A），配氣機構(gòu)噪聲對發(fā)動機中低轉(zhuǎn)速段（1000-3500rpm）噪聲影響較大。

如圖7和圖8所示，配氣機構(gòu)噪聲主要為0.5倍諧階次噪聲和氣門撞擊缸蓋產(chǎn)生的寬頻結(jié)構(gòu)共振輻射噪聲。

從圖9可以看出，氣門撞擊缸蓋產(chǎn)生的寬頻結(jié)構(gòu)共振輻射噪聲是配氣機構(gòu)的主要噪聲源;配氣機構(gòu)產(chǎn)生的0.5倍諧階次噪聲對發(fā)動機總噪聲基本無影響。

3.3 正時系統(tǒng)噪聲

如圖10所示，拆除正時鏈條，正時驅(qū)動系統(tǒng)不工作，能有效降低發(fā)動機四方平均噪聲0-2dB（A），正時系統(tǒng)噪聲對發(fā)動機中低轉(zhuǎn)速段（1000-3500rpm）噪聲影響較大。

如圖11所示，正時鏈條噪聲主要為寬頻摩擦噪聲，無明顯階次噪聲（23階次）。

3.4 活塞連桿系統(tǒng)噪聲

如圖12所示，拆除活塞連桿，能有效降低發(fā)動機四方平均噪聲5-7dB（A），活塞連桿運動噪聲對四方噪聲貢獻較大，是發(fā)動機機械噪聲的主要噪聲源。

如圖13和圖14所示，活塞連桿噪聲主要包括階次噪聲和活塞運動激勵起的缸體共振輻射噪聲;3300rpm以下以共振輻射噪聲為主，3300rpm以上以階次噪聲為主。

3.5 機油泵系統(tǒng)噪聲

如圖15所示，機油泵階次噪聲較突出（基頻10），機油泵噪聲對發(fā)動機前方、進氣側(cè)噪聲影響較大。

4? 總結(jié)與展望

由上文研究可知，該國六小型汽油機機械噪聲分解結(jié)論如下：①發(fā)動機機械噪聲中，活塞連桿、前端附件、配氣機構(gòu)、正時系統(tǒng)、機油泵等運動件工作噪聲較突出，運動件噪聲占機械噪聲的90%以上。②活塞連桿噪聲占比20-50%，對發(fā)動機四方噪聲貢獻均較大，影響發(fā)動機噪聲5-7dB（A），是機械噪聲的主要噪聲源。3300rpm以下以共振輻射噪聲為主，3300rpm以上以階次噪聲為主。③配氣機構(gòu)噪聲占比0-40%，對上方噪聲貢獻較大，影響發(fā)動機噪聲0-2dB（A），是發(fā)動機中低轉(zhuǎn)速段（1000-3500rpm）的主要噪聲源之一，為氣門落座敲擊缸蓋產(chǎn)生的寬頻噪聲。④附件噪聲占比10-25%，對前方、進氣側(cè)噪聲貢獻較大，影響發(fā)動機噪聲0-1.5dB（A），主要為發(fā)電機風噪。⑤正時系統(tǒng)噪聲占比0-15%，對發(fā)動機中低轉(zhuǎn)速段（1000-3500rpm）噪聲影響較大，主要為寬頻摩擦噪聲，無明顯階次噪聲（23階次）。⑥機油泵噪聲占比10-15%，對發(fā)動機前方、進氣側(cè)噪聲影響較大，主要表現(xiàn)為階次噪聲（基頻10）。

參考本文方法，可對該發(fā)動機外特性噪聲進行分解，得到燃燒噪聲與各子系統(tǒng)噪聲的能量占比，為發(fā)動機整機噪聲的聲壓級的優(yōu)化提供方向，如圖16所示。

參考文獻：

[1]龐劍.汽車噪聲與振動[M].北京：北京理工大學出版社，2006.

[2]陳楠.汽車振動與噪聲控制[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]吳炎庭，袁衛(wèi)平.內(nèi)燃機噪聲振動與控制[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.