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      长期以来,噪声和振动是困扰低噪音发电机厂家的一个主要问题,也是评价柴油机的一个重要因素。作为车辆系统中的动力部件,柴油机是主要噪声源和激振力,柴油机噪声和振动对整车的噪声特征有着决定性的影响。因此降低柴油机本身的振动和噪声就是降低整车噪声的主要措施。

1柴油的噪声源分析1.1柴油机噪声分类本文研究的柴油机是四缸、直列、水冷柴油机。具体参数如下:形式立式、直列、水冷、四冲程额定功率(转速3 200 r/m in)62.5 kW扭矩(转速2 000~2 200 r/m in)201 N·m总排量3.3L各缸工作顺序1-3-4-2缸径×行程100 mm×105 mm根据该柴油机的工作原理和结构特点。

其噪声可以分为如下3类:

a.机械噪声:由旋转运动件(如曲轴和凸轮轴以及连杆大头)和往复运动件(如活塞和活塞销以及连杆小头)在不平衡力和力矩作用下产生的振动,运动件间的撞击,摩擦副的摩擦力以及脉动气流激励各结构件所引起的结构振动而辐射的噪声。这种噪声通常称为机械噪声。机械噪声是柴油机的主要噪声源之一[1]。

b.燃烧噪声:气缸内燃烧爆发所形成的冲击和压力的周期性变化,气体引起结构振动通过外部和内部传播途径传到内燃机表面,它主要由燃烧过程决定的。燃烧噪声也是柴油机主要噪声源之一。

c.气体动力性噪声:气体噪声包括进、排气噪声和风扇噪声。其中排气噪声是主要的,气体经过压缩后瞬间排放,气体膨胀形成湍流喷注噪声、流体扰动噪声等。

1.2柴油机噪声传播途径分析柴油机辐射的噪声分为2部分:一是空气动力性噪声,直接向外辐射;一是由机体的振动而辐射的。机体的振动一方面来自柴油机工作时产生的振动,通过连杆和曲轴传递给机体,使机体振动和辐射噪声;另一方面柴油机工作时因机体振动辐射的机械噪声和燃气在压力下爆发燃烧产生的流体噪声等在曲轴箱内产生一个能量极大的声场,该声场以声激励的形式激励壳体振动并辐射噪声。所以针对噪声辐射情况,进行降噪主要从降低激振力和阻断噪声传播途径上着手[2]。

2.2降低燃烧噪声柴油机的动力性能是柴油机应用的主要前提,柴油机的动力性主要与燃料的燃烧状况有关,燃烧充分则动力性强,反之动力性能就会差一些。而同时,由于燃料燃烧充分就会激励力增大,也就是使燃烧噪声增加。一般情况下,更改供油提前角可以改变燃烧状况,供油提前角不同,导致在着火延迟期内喷入的燃料量不同,从而对燃烧过程产生影响,使发动机功率、油耗率、排放物、噪声发生变化。所以要根据经济性、动力性、排放以及噪声等指标综合起来调整供油提前角的大小。在本研究进行之初,柴油机的供油提前角都是17°曲轴转角,噪声比较大。所以首先针对这一情况,根据《GB/T 1895—2000往复式内燃机辐射的空气噪声测量工程法及简易法》的要求,对标定转速、标定功率下稳定运转的柴油机整机噪声进行测试。通过一系列试验进行供油提前角的选优工作,终确定了适合平原使用的供油提前角为13°曲轴转角,并且动力性并未发生变化,而且噪声水平也比较低。当然在更小的供油提前角下,噪声水平更低,但动力性却发生很大变化。图1为试验过程中不同供油提前角的噪声情况比较。在图中可以发现,通过供油提前角的调整,在高转速点的噪声由原17°曲轴转角的115.8 dB下降到9°曲轴转角的114·06 dB,下降了1.74 dB。而实际选定的13°曲轴转角为114.85 dB,也要比17°曲轴转角时要小1 dB左右。在2种供油提前角下的1/3倍频程的噪声对比列于图2中。在部分频率段内,噪声下降了很多,尤其对与较高频率的情况。这主要是供油提前角变小,燃烧得到改善,所激发的噪声就相应变小了。图1不同供油提前角的噪声结果比较图2 2种供油提前角的1/3倍频程比较3降低轴系扭振曲轴是内燃机上重要的零部件之一,其可靠性直接关系到整机的安全运转与否,由于大爆发压力,各种惯性力,附件的不规则阻力矩和外界反作用力,使得轴系在运转时产生剧烈的振动[3]。长期以来,对发动机人们普遍关注的是曲轴的扭转振动。近年来为了降低发动机的噪声,也开始重视曲轴的弯曲和纵向振动,并采取了相应的减振措施。本次试验就是将扭振减振器及双减振块复合扭振减振器(简称复合减振器)安装在曲轴自由端,测量了2批扭振减振器的扭振和噪声,以辐射噪声小为目标寻找优的扭振减振器。图3为2种减振器示意图。低噪音发电机厂家讲不同的减振器具有不同的特征频率,其减振效果也就不同。对比6个减振器,在图4中可以发现,扭振减振器比复合减振器降噪效果要好,有的复合减振器甚至起不到减振降噪作用。找出其中降噪的3号扭振减振器与原机进行比较,就总体情况而言,3号减振器能在整个转速范围内降低噪声1·0~1.5 dB。二者1/3倍频程的频谱比较列于图5中。图3扭振减振器与复合减振器示意图图4不同减振器降噪效果比较在图5中可以发现,二者在100 Hz,160 Hz,200 Hz等几个频率有较大差别,说明安装减振器后,能在某些频率显著的降低扭振,从而使得辐射出的噪声也变小了。图5安装3号单向减振器前后的噪声1/3倍频程比较4改进油底壳由于通过噪声源分析可以知道,噪声主要是通过油底壳和齿轮室罩辐射出去的,所以对这些薄壁件要重点研究。齿轮室罩是铝合金的,对其改进比较困难,所以主要的就是针对油底壳进行改进。原有油底壳侧面及底面都有加强筋,而在油底壳内部通过几个弯板条焊有一个平板,这部分结构强度不高,所以针对这一平板,作了相应的改进。平板改为S型,两侧及与底边接触的地方采用点焊进行加固。另一块板增加焊点数量。将改进后的油底壳安装在发动机上进行振动和噪声测试。安装前后选取油底壳上比较有代表性的8个点进行振动测试,各点分布情况为:1点、2点分布在油底壳左侧面,3点、4点分布在油底壳右侧面,5点、6点分布在油底壳深裙部底面,7点、8点分布在浅底面。各点振动的加速度值比较列于表1中。从表中可以发现,除第2点以外,其它点的振动都不同程度的下降了,这主要是通过改装油底壳平板使得整体强度增强了,从而对相同激励所产生的振动变小了。

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