基于声全息技术的涡轮增压直喷汽油机噪声源识别试验研究*

石来华

(重庆车辆检测研究院有限公司，重庆 401122)

0 引言

大气污染、水污染和噪音污染为当今世界三大主要污染，已成为一个世界性的问题［1］。在现代城市环境噪声源中，道路交通噪声是城市环境噪声的主要声源［2－6］，而发动机噪声对整车车外加速噪声的贡献最大［7－9］，因此有必要对发动机的噪声辐射进行系统分析研究，进一步优化和降低发动机的整机噪声，使整车车外加速噪声达满足新的法规要求［10－12］。

要降低发动机整机噪声，其噪声源识别非常重要，在噪声控制技术中声源识别除了要尽量准确确定发声部件及它们在整机噪声中所占的比例，另外还应能通过对测量信号的处理获得具体声源的传播途径、变化规律、频谱特性等，为进一步的降噪分析工作提供指导。噪声源识别的主要方法有分别运转消去法、声压测量法、频谱分析法、表面振动速度法、信号分析法和声全息法［13－14］。声全息法对被测对象可得到任意频率的声源分析图像，根据图像上确定的位置，就可进行有效的噪声控制。用该法分析声源强度分布时，对发动机本身的声场没有任何附加的影响［15］。

笔者以某涡轮增压直喷汽油机为研究对象，采用声全息法对该汽油机在3 000 r/min和5 000 r/min时的空载、50%负荷和100%负荷工况下的噪声源识别进行了试验研究。

1 噪声源识别试验

1．1 发动机基本参数及测试设备

试验用发动机为1．4 L涡轮增压缸内直喷汽油机，基本参数如表1所示。

表1 试验发动机基本参数

本次试验在天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室半消声试验室进行。主要试验设备如表2所示。

表2 主要试验设备

1．2 试验过程

本次噪声源识别试验采用声全息分析法，通过声学照相机识别发动机整机的噪声源，试验时声阵列放置距每个表面1～1．5 m位置处，其示意图如图1所示。由于发动机的底面和后端面不方便声阵列的布置，故本次试验只对发动机进气侧、排气侧、前侧面和顶面进行噪声源识别。

图1 声阵列放置示意图

本文主要对该发动机3 000 r/min(扭矩点)和5 000 r/min(功率点)这两个转速点的空载、50%负荷和100%负荷工况下的发动机辐射噪声源识别进行了测试，并采用总声压级声源识别方法对试验数据进行处理。

2 发动机噪声源识别试验结果

2．1 进气侧噪声源识别

图2～7为发动机不同工况下进气侧的噪声源识别结果。由图2～4可以看出，在3 000 r/min时，发动机进气侧的噪声主要从变速箱与发动机结合部位辐射出来，随着负荷的增加，机体和缸盖左侧面是主要噪声辐射部位，油底壳表面、缸盖罩和靠近机体的变速箱表面也有一定的贡献量。

图2 进气侧噪声源识别(3000r/min，空载)

图3 进气侧噪声源识别(3000r/min，50%负荷)

由图5～7可以看出，5 000 r/min时，进气侧的噪声辐射和3 000 r/min时的主要噪声辐射部位有一定的变化，其辐射部位逐渐向发动机靠近。100%负荷时，发动机进气侧噪声辐射面较广，喷油泵、油底壳和与油底壳相连的机体表面是主要噪声辐射部位。

图4 进气侧噪声源识别(3000r/min，100%负荷)

图5 进气侧噪声源识别)(5000r/min，空载)

图6 进气侧噪声源识别(5000r/min，半载)

图7 进气侧噪声源识别(5000r/min，100%负荷)

2．2 排气侧噪声源识别

图8 ～13为发动机不同工况下排气侧的噪声源识别结果。由图8～13可以看出，在较低的负荷时，噪声主要从发电机附近辐射出来的，在随着负荷增加，排气管部位的噪声辐射开始占主要辐射部位，且辐射噪声最大声压级随着负荷的增加而增加。

图8 排气侧噪声源识别(3000r/min，空载)

图9 排气侧噪声源识别(3000r/min，半载)

图10 排气侧噪声源识别(3000r/min，100%负荷)

图11 排气侧噪声源识别)(5000r/min，空载)

图12 排气侧噪声源识别(5000r/min、50%负荷)

图13 排气侧噪声源识别(5000r/min，100%负荷)

2．3 前侧面噪声源识别

图14 ～19为发动机不同工况下前侧面的噪声源识别结果。从图14～19可以看出，在空载状态下，主要辐射部位在发电机附近，噪声主要从发电机附近辐射出来的，随着负荷增加，主要辐射部位逐渐转移到惰轮、张紧轮和曲轴中心位置附近，这主要由前端齿轮啮合噪声造成的。

图14 前侧面噪声源识别(3000r/min，空载)

图15 前侧面噪声源识别(3000r/min，半载)

图16 前侧面噪声源识别(3000r/min，100%负荷)

图17 前侧面噪声源识别 (5000r/min，空载)

图18 前侧面噪声源识别(5000r/min、50%负荷)

图19 前侧面噪声源识别 (5000r/min，100%负荷)

2．4 顶面噪声源识别

图20 ～25为发动机不同工况下顶面的噪声源识别结果。由图20～25可以看出，在较低的转速下，发动机顶面的主要辐射部位在高压油泵和发电机，随着转速和负荷的增加，主要辐射部位逐渐转移到前端齿轮罩壳、水泵皮带轮附近，这主要由前端齿轮啮合噪声造成的。

图20 顶面噪声源识别(3000r/min，空载)

图21 顶面噪声源识别(3000r/min，半载)

图22 顶面噪声源识别(3000r/min，100%负荷)

图23 顶面噪声源识别 (5000r/min，空载)

图24 顶面噪声源识别(5000r/min、50% 负荷)

图25 顶面噪声源识别 (5000r/min，100% 负荷)

2．5 不同转速和负荷下各侧面最大声压级对比

发动机不同工况下各侧面的辐射噪声最大声压级对比如表3所示。

表3 不同转速和负荷下各侧面辐射噪声最大声压级

从表3中可以看出，同一转速下，随着负荷的增加，发动机各侧面的辐射噪声声压级增加。同一负荷下，随着转速的增加，发动机各侧面的辐射噪声声压级增加，总体上看，前端面辐射噪声的声压级比其它侧面低，噪声辐射贡献值小，进排气侧有较大的噪声辐射。

3 结论

(1)发动机辐射噪声的主要部位有机体两侧面、发电机表面、高压油泵、惰轮和张紧轮、变速箱箱体、油底壳和缸盖罩。

(2)在3 000 r/min和5 000 r/min转速负荷下，前端面辐射噪声的声压级比其它侧面低，噪声辐射贡献值小，进排气侧有较大的噪声辐射。

(3)同一负荷下，随着转速的上升，发动机各侧面的辐射噪声声压级增加。

(4)同一转速下，负荷越大，发动机各侧面的辐射噪声声压级越强。

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