国产4GB2.3C发动机与进口三菱4A90发动机噪声、扭振对比试验研究

桂树国　薛飞舞　张作胜　赵 超

(1. 安徽职业技术学院 机械工程系, 合肥 230011； 2. 安徽江淮汽车股份有限公司， 合肥 230022)



国产4GB2.3C发动机与进口三菱4A90发动机噪声、扭振对比试验研究

桂树国1薛飞舞2张作胜1赵 超2

(1. 安徽职业技术学院 机械工程系, 合肥 230011； 2. 安徽江淮汽车股份有限公司， 合肥 230022)

摘要：在AVL公司开发的试验台架上针对国产4GB2.3C发动机和进口三菱4A90发动机进行相关性能对比试验。收集整理了相关试验数据，绘制出性能对比曲线。通过试验结果分析，对发动机的噪声、扭振和机械效率等性能进行准确验证和判断，找出两者性能上的区别。

关键词：汽车发动机； 噪声； 扭转振动； 台架试验

随着汽车技术的发展，汽车发动机的噪声、振动和行驶平顺性(NVH)研究越来越受到重视。汽车发动机的噪声及曲轴系的扭转振动是发动机NVH分析的重要内容，进行参数设计与优化时必须着重考虑。国产发动机从设计研发到成型并实现量产，必须进行大量的试验研究，和国外成熟的同型发动机作对比是常用的比较分析方法。

本次试验旨在检验国产4GB2.3C发动机与设计原型发动机三菱4A90发动机在噪声、扭转振动和机械效率等性能上的差别。在试验台架上对发动机进行噪声试验、扭振试验和机械效率测量试验，根据收集的数据对比分析了试验结果和设计参数，对发动机的噪声、扭振和机械效率等性能进行验证和判断，以验证国产发动机的性能，找出其与同型进口发动机性能的差别。

1试验前准备工作

1.1参数设计

国产4GB2.3C发动机参数如下：型式，包括干式缸套、四缸、水冷、直列、四冲程、直喷式；缸径×冲程，为75.0 mm×84.8 mm；额定功率，为77 kW；额定转速，为6 000 rmin；最大扭矩,为141 N·m；最大扭矩转速,为4 000 rmin；机油温度,低于120 ℃；机油压力,为450～550 kPa (额定转速下)；冷却液出口温度，为80～95 ℃；喷油顺序，按顺序号为1 — 3 — 4 — 2；怠速，为750±50 rmin；压缩比，为10；排量，为1.499 L；机油燃油消耗百分比，≤0.15%；全负荷最低燃油消耗率，为250 g(kW·h)。

进口三菱4A90发动机参数如下：型式，包括干式缸套、四缸、水冷、直列、四冲程、直喷式；缸径×冲程，75.00 mm×75.4 mm；额定功率,为68 kW；额定转速,为6 000 rmin；最大扭矩，为126 N·m；最大扭矩转速，为4 000 rmin；怠速,为750±50 rmin；压缩比,为10.5；排量，为1.332 L；机油温度、机油压力、冷却液出口温度、喷油顺序等参数与国产发动机相同。

1.2试验设备选用

主要实验设备如下：HEAD Artemis噪声测量仪； ANZT6第六代单、双通道扭振分析记录仪； AVL测功机；国产4GB2.3C发动机1台；三菱4A90发动机1台；压力传感器(4～20 mA)若干；温度传感器(PT100)若干；高温传感器1个；笔记本电脑1台。

1.3边界条件设置

边界条件如下：燃料，选用93#汽油;润滑油，选用SG 15W-40;冷却液，选用自来水;进气系统，为整车进气系统;排气系统，为整车排气系统。

1.4传感器布置

图1所示为噪声测量传感器位置布置。图中内侧的小长方体代表发动机最小包络面，外侧的大长方体代表测量表面，图上数字1、2、3、4、5、6、7、8、9分别代表声学传感器的位置。受条件限制，本次试验只选择了位置点1、2、3、9进行测量，4个位置点与发动机机体的距离均为1 m。扭振测量传感器固定在发动机曲轴前轴端。

图1　噪声测量传感器位置布置

2具体试验方法

2.1噪声测试方法

(1)将发动机安装在台架上磨合10 h，磨合完成后进行外特性检验，以确定发动机状态是否良好。

(2)对声学传感器进行标定，确定传感器是否正常。

(3)安装声学传感器。

(4)在测量过程中，使发动机的工况为怠速点转速，分别为1 500、2 000、2 500、3 000、3 500、4 500、5 000、5 200 rmin。除了怠速点外，其他各工况均为油门全开。

(5)由于声学传感器对风速比较敏感，所以在测量的时候必须关闭实验室内的风扇。

(6)测量过程中要实时观察试验数据，以避免因传感器脱落等原因导致的测量数据错误。

(7)计算测点声压级：

式中：Lpi—— 测点的声压级；

pi—— 测点的声压。

(8)计算测量表面平均声压级：

式中：Lpm—— 测量表面平均声压级；

Lpi—— 测量点i经背景噪声修正后的声压级；

n—— 测点量总数。

(9)试验中要测量各怠速点的声压级数值和噪声频谱，频谱选择13倍频程的频域图。

2.2扭振测量方法

(1)发动机布置在测功机台架上，安装并测量发动机的常规参数。

(2)布置扭振传感器，把传感器接头安装在减振皮带轮上，传感器安装在接头上，同时调整传感器接头与曲轴的同轴度，进而保证发动机运转安全和测量数据准确。

(3)将扭振传感器与扭振测量仪、笔记本电脑连接起来，在测量之前首先要对扭振测量仪进行标定，确定测量仪状态完好后才能进行测量。

(4)在试验过程中，发动机工况为全负荷，转速由最低转速匀速上升到发动机最大转速，汽油机过渡的时间为150 s。

(5)扭振测量仪记录发动机上升的整个过程。

2.3机械效率测量方法

(1)使发动机正常运转，测量发动机的输出功率作为w有效值。

(2)利用电力测功机对发动机进行反拖，记录测功机的反拖功率作为w损失值。

(3) 计算出发动机的机械效率：

3试验结果分析

3.1扭振结果分析

国产4GB2.3C发动机第1个共振频率为227.5 Hz，此时发动机转速为5 460 rmin，阶次为2.5阶，扭振的振幅为0.246°。如图2所示，2.5阶扭振测量结果超过了AVL推荐值0.2°。进口三菱4A90发动机第1个共振频率为235.75 Hz，此时发动机转速为5 658 rmin，阶次为2.5阶，扭振的振幅为0.298°，3阶扭振测量结果如图3所示。

图2　国产4GB2.3C发动机2.5阶扭振测量结果

图3　国产4GB2.3C发动机3阶扭振测量结果

国产4GB2.3C发动机第2个共振频率为259.2 Hz，此时发动机转速分别为3 888 rmin，阶次为4阶，扭振的振幅为0.091°。国产4GB2.3C发动机4阶扭振测量结果如图4所示。进口三菱4A90发动机第2个共振频率为324.2 Hz，此时发动机转速为4 863 rmin，阶次为4阶，扭角为0.171°。进口三菱4A90发动机的4阶扭振测量结果如图5所示。

图4　国产4GB2.3C发动机4阶扭振测量结果

图5　进口三菱4A904发动机阶扭振测量结果

图6　发动机转速与车速关系图

3.2噪声结果分析

图7　两种发动机噪声(A)测量结果(加权值)

测量国产4GB2.3C发动机各测量点的噪声声压级，背景噪声(A)为61.71 dB，发动机怠速噪声(A)为70.85 dB，其噪声声压级数据如表1所示。经过修正后，发动机怠速噪声(A)70.35 dB。在测量进口三菱4A90发动机时，背景噪声(A)为57.5 dB。三菱4A90各测量点的噪声声压级数据如表2所示，怠速噪声(A)为69.1 dB，此值无须修正。怠速时，国产4GB2.3C发动机噪声相对偏高。

表1　国产4GB2.3C发动机各测量点的噪声声压级

表2　三菱4A90各测量点的噪声声压级

3.3机械效率结果分析

图8　发动机机械效率对比曲线

4结语

(3)国产4GB2.3C发动机的机械效率略低于进口三菱4A90 发动机；但在各个转速下，机械效率都能达到77%以上，在中低转速下机械效率达到了85%，其机械效率仍然处于较高水平(市场上的汽油机机械效率在80%左右)。

(4)国产发动机和进口发动机在不同工况下噪声、扭振等性能比较结果显示，二者既有差距，也各有优势。

参考文献

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[6] 全国汽车标准化技术委员会.往复式内燃机辐射的空气噪声测量工程法及简易法：GBT 1859 — 2000[S].北京: 中国标准出版社,2000：5-8.

A Comparative Study of Noise and Torsional Vibration between Domestic 4GB2.3C Engine and Imported MITSUBISHI 4A90 Engine

GUIShuguo1XUEFeiwu2ZHANGZuosheng1ZHAOChao2

(1.Department of Mechanical Engineering, Anhui Vocational and Technical College, Hefei 230011, China;2.Anhui Jiang huai Automobile Co., Ltd., Hefei 230022, China)

Abstract:A test bench developed by AVL is used to make a comparative test between domestic 4GB2.3C automobile engine and imported Mitsubishi 4A90 engine. Some related test data have been collected and a bunch of performance curves have been drawn. Based on the comparison and analysis, we could find out their differences after we accurately verify and judge both performances of noise, torsional vibration and mechanical efficiency.

Key words:automobile engine; noise; torsional vibration; the bench test

收稿日期：2015-09-15

基金项目：安徽省教育厅2015年度省级质量工程教学研究重点项目“基于‘大众创业，万众创新’导向的职业岗位人才培养模式的课程体系改革与优化 —— 以数控技术应用专业为例”(2015JYXM552)；“教育部财政部支持高等职业学校提升专业服务产业发展能力项目(教职成厅函〔2011〕71号)；安徽省教育厅2015年度省级质量工程项目机械专业(群)教学团队(2015JXTD076)

作者简介：桂树国(1977 — )，男，安徽凤台人，硕士，副教授，研究方向为自动化、机械加工与机械性能检测等。

中图分类号：U464

文献标识码：A

文章编号：1673-1980(2016)02-0094-04