基于声强法的发动机噪声测量分析

刘臣富，李晓霖，岳东鹏

（天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津 300222）

引言

随着私家车日益增加，城市中汽车噪声污染越来越影响到人们的日常生活。公众更加重视汽车的环保性，对汽车噪声的要求日趋严格。汽车的噪声主要包括发动机噪声、轮胎噪声和传动机构噪声等。发动机是车辆行驶噪声的一个最主要的噪声源，要降低内燃机噪声，必须找到内燃机的主要噪声源的位置或部件，采取相应的减振降噪措施，才能够收到预期的降噪效果。

本文以一台车用发动机作为研究对象，采用日本小野公司生产的3599声强分析软件、声强探头、信号放大器和四通道分析仪对发动机不同位置进行声强测试，用 Pulse软件进行分析，检测出该发动机的声强分布情况，以提供改进依据。

1 发动机噪声源识别及声强测量技术

1.1 发动机噪声源识别类型

目前，发动机基本结构不变的情况下降低噪声源的识别技术是一个发展很快的研究领域。表面噪声源识别的主要方法有：铅屏蔽法、表面振动速度测量法、声强测量法，此外还采用话筒拾音技术、传递函数法、声全息摄影法等技术。

声强测量法是通过测量传声介质微粒的速度与压强，评定声源及其相互影响的声场，计算出真实声功率。声介质微粒速度用一般两个非常接近的话筒测量、计算得到。由于声强是矢量，它不仅能给出测点部位的声流的量值，而且能揭示出声能流的方向，同时还具有区分声场中的有功分量和无功分量，所以声强法无论在近场、自由场、远场及广散场中都能使用，无需特殊的声学环境，也需要引入各种繁杂的修正系数，而同时分析速度比传统的铅屏蔽法要快。

1.2 声强测量的基本原理

声强测量法识别噪声源是利用声强的矢量性特点和声强探头的方向灵敏度来进行的。当声强探头在声源附近移动时，声波入射角与传声器膜片外法向方向为 90°时具有最小的方向灵敏度，输出声强为 0。当声强探头改变位置并使其夹角小于或大于90°时，声强探头输出正或负声强，且随夹角增加在 0～180°范围内声强绝对值增加，因此，用声强测量法能区分出声波入射的方向，从而找到噪声声源，也可测量可能声源位置。

2 四缸发动机表面声强研究及发动机噪声分析

2.1 试验准备

试验用发动机为直列四缸水冷四冲程汽油机，其最大输出功率为 78KW，额定转速 4600rpm/min；最大扭矩为190N·m/2400-2800rpm/min。测试发动机在2000rpm时整机表面的辐射噪声。

2.2 试验测试

依据国际标准 ISO9614-1，将被测发动机作为声源，用一假设的矩形包络面包围。沿x方向布置21个点，测点间距50mm；沿y方向布置27个点，测点间距50mm；测点距发动机表面100mm。图2-1为实验室发动机前端面的实景图。测量完毕后利用 Pulse软件对记录信号计算处理，就得到每一个测点的声强，进一步分析可得到每一个测量面上的等声强线图（依声强级值大小分为红、粉、深蓝、黄、绿和浅蓝）和等声强线的三维图。将通过 Pulse软件测得的发动机前端面噪声云图覆盖在发动机前端面实景图上，即可以直观的观测处发动机各部件所在位置的发动机振动情况。

图2 前端面常速状态声强云图

2.3 试验图形分析

对发动机振动在500-1kHz频率段进行分析。对发动机前端面的每个点进行计算，从而得出发动机前端面每个测试点的声强值。在所得数据值中进行比较分析，以声强 I=20 dB为基准值，可得出，该发动机在测试转速下，发动机前端面振动的峰值分布较分散，大致分布在油底壳，皮带轮，进气歧管，发电机，缸盖，及转向柱塞泵处（如图1、图2所示）；发动机左侧端面振动较弱，仅在油底壳，变速箱及机油滤清器处噪声振动较大，如图3、图4所示；发动机右侧端面噪声振动较弱，仅在油底壳的两端位置产生了两处峰值，而在进气歧管位置的噪声振动甚至低于基准值，如图5、图6所示；发动机上端面噪声振动的峰值分布大致在飞轮，气缸室盖，排气歧管及进气歧管稳压仓处（如图7、图8所示）。

图3 发动机左侧端面

图4 左侧端面常速状态声强云图

图5 发动机右侧端面

图6 右侧端面常速状态声强云图

图7 发动机上端面

图8 上端面常速状态声强云图

图9 所测发动机常速工况立体图

根据测试工况下该发动机前、左、右、上四个端面的声强云图进行三维立体组合，可以得出发动机的噪声振动较为剧烈的地区，运用声强计算公式进行计算，得到三维立体分布图（如图9所示）。

对于声强云图的测量网格，水平方向本文定义为x方向，垂直方向定义为y方向，左下方第一个点为起始点，设为（1，1）。这样图2-2中就有三个峰值区：（5，1）处（声强级99.4dB）对应于油底壳；（8，4）处(声强级 99dB)和（9，4）处（声强级99.3dB）与皮带轮相对应。图2-4为发动机左侧面声强法测量得到的声场分布，其中有两个个峰值区：（1，12）处（声强级为99.2dB）是油底壳；（7，13）处（声强级为99dB）为变速箱。图2-4中有两个峰值位置：（6，1）对应于油底壳一端，测量值为99dB；（23，2）处（声强级为99dB）与油底壳另一端对应。图2-6中有三个峰值区（7，1）处（测量值98.6dB）为飞轮；（4，18）处（测量值98.8dB）对应进气管；（8，14）处（声强级98.7dB）是气门室罩盖。从上面各图中的三维图可以直观地看到发动机表面辐射噪声的分布情况。

通过上述分析可得出该发动机的主要噪声源为油底壳、变速箱、气门室罩盖、皮带轮和进气管。

3 结论

（1）采用声强测量方法可无需消声室，同时该方法对于识别发动机与汽车噪声源具有快速、便捷和准确的特点。声强测试技术的研究和应用有利于推动汽车和发动机噪声控制技术水平的发展和提高。

（2）通过声强测量发现该发动机的油底壳位置处噪声振动效果最强，应将其作为主要噪声控制对象。

[1] 岳东鹏,郝志勇,刘月辉,韩军.柴油机表面噪声源识别的试验研究[J].机械工程学报.2004.06

[2] 刘月辉,郝志勇.车用发动机表面辐射噪声的研究[J].汽车工程.2005(3)：213～216.

[3] Crewe A, Perrin F, Benoit V and Haddad. K Real-Time Pass-by Noise Source Identification Using A Beam-Forming Approach. SAE -Paper, 2003-01-1537.