УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЦЕНКИ УРОВНЯ КОРПУСНОГО ШУМА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Устройство для оценки уровня корпусного шума двигателя внутреннего сгорания.
Полезная модель относится к технике проведении опытноконструкторских работ (ОКР) при исследованиях и доводке конструкций двигателей внутреннего сгорания (далее ДВС).
В спектре исследовательских и доводочных работ при стендовых испытаниях ДВС важное место занимает раздел работ по виброакустическим исследованиям конструкций механизмов и корпусных деталей ДВС, являющихся основными источниками возбуждения и излучения акустической энергии (корпусного шума в окружающую среду или кабину (салон) транспортного средства, использующего ДВС в качестве основной энергетической установки). Современные технологии стендовых виброакустических исследований и доводки конструкций ДВС предусматривают использование специальных строительных сооружений в виде виброизолированных безэховых или полубезэховых акустических камер, низкошумных приводных (тормозных) механизмов стендов, разнообразных устройств функционирования и управления работой стенда, измерительной и анализирующей аппаратуры.
В частности, известная публикация Peter Gutzmer, Reimer Pilgrim. Motorakustische Versuchs-und Me(3technik Bei Porsche. MTZ, 48 (1987) 2, 47...50, 1 рассматривает такую систему измерений виброакустических характеристик ДВС, которая включает:
моторный стенд с приводными, тормозными и управляющими агрегатами, контрольно-измерительными устройствами, системами автоматизированного управления, сбора и обработки информации, связанными с функционированием моторного стенда, включая конструктивные решения по обеспечению низкошумной работы непосредственно стенда - установки приводной электрической машины на массивном виброизолированном фундаменте, использование гладкоременного привода вала, соединенного с коленчатым валом исследуемого ДВС, применение устройств автоматического регулирования усилия натяжения ремня, применение звукоизолирующих кожухов, ограждающих шумоизлучающие элементы привода - ремня, соединительного вала, подшипниковой стойки, трубопроводов системы выпуска отработавших газов;
акустическую безэховую камеру в виде монолитной железобетонной оболочки, виброизолированной пружинными упругими элементами от фундамента и стен здания корпуса, в котором она находится, шумопоглощающую облицовку стен, пола, потолка камеры эффективными звукопоглощающими клиньями, поглощающими прямые звуковые волны, генерируемые объектом исследования двигателем, резиновые уплотнители, герметизирующие и звукоизолирующие пространство акустической камеры от сопрягаемых пространств смежных помещений, звукопрозрачный решетчатый пол камеры, передвижные (колесные) двери камеры с встроенными звукопоглощающими клиньями типа стеновых, низкошумную систему приточно-вытяжной вентиляции пространства акустической камеры, технологические системы топливоподачи, охлаждения двигателя и отвода отработавших газов двигателя, систему видеомониторинга за объектом испытаний и оборудованием в помещении камеры (в камере отсутствуют смотровые окна), системы автоматического пожаротушения и т.д.
измерительные, анализирующие и регистрирующие системы
усилители, спектроанализаторы, компьютеры для сбора и обработки сигналов, принтеры, Х-У самописцы, соединительные кабели и т.д. Представленный в вышеуказанной публикации исследовательский комплекс позволяет, в частности, регистрировать корпусной шум ДВС в соответствии со стандартом DIN 45635, при котором 5 измерительных микрофонов располагаются на расстоянии 1м от корпуса исследуемого двигателя (сверху - над двигателем, снизу - под двигателем, спереди - перед двигателем и сбоков двигателя - справа и слева). ДВС работает при этом с полной нагрузкой (с полностью открытой дроссельной заслонкой - для варианта бензинового двигателя). Системы двигателя, как дополнительные шумообразующие источники, вносящие дополнительные вклады в регистрируемое микрофонами звуковое поле вокруг ДВС, в этом случае, исключаются из процесса исследований и измерений шума путем их демонтажа (например, демонтируется крыльчатка вентилятора системы охлаждения с механическим приводом или электровентилятор в целом), или полного исключения - отвода из зоны измерений (система выпуска отработавших газов герметично замыкается в технологический трубопровод системы отсоса выхлопных газов), или частичного ослабления - система впуска подключается к дополнительному глушителю, например, к крупногабаритному ресиверу (акустической бочке), выполняющему роль глушителя шума типа расширительной резонаторной камеры или в значительной степени удлиняется воздухозаборный патрубок воздухоочистителя путем подключения длинного резинового шланга, открытый свободный воздухозаборный конец которого располагается в пространстве акустической камеры на максимально возможном удалении от зон расположения измерительных микрофонов вокруг ДВС.
Однако, если исключение вклада из процесса измерений корпусного шума ДВС двух первых систем не вызывает трудностей (системы охлаждения и системы выпуска), то, например, применение крупногабаритного ресивера для эффективного заглушения шума впуска является недостаточно правильным техническим решением, имеющим ряд очевидных недостатков:
крупный посторонний объект (ресивер), расположенный непосредственно в зоне измерений, заметно искажает реальное звуковое поле вокруг исследуемого двигателя вследствие проявления звукоотражающих эффектов от внешних поверхностей стенок этого
f7 4.
объекта (ресивера) и, таким образом, снижается точность и объективность измерения непосредственно корпусного шума ДВС;
применение последовательно подключенного к впускному тракту ресивера может заметно увеличивать гидравлические сопротивления, снижать коэффициент наполнения, ухудшать мощностные и экономические показатели ДВС;
тонкостенная оболочка корпуса ресивера может в отдельных случаях являться дополнительным нежелательным источником шумового излучения вследствие возбуждения его стенок твердым путем (например, через присоединенный к двигателю вибрирующий трубопровод) или воздушным путем (пульсациями засасываемого в двигатель воздуха).
Другим технологическим приемом частичного ослабления влияния шумового излучения системы впуска на результаты измерений корпусного шума двигателя является удлинение впускного воздухозаборного патрубка воздухоочистителя длинным резиновым шлангом, (см. М.А. Разумовский. Прогнозирование шумовых характеристик поршневых двигателей. Изд. Вышейшая школа, Минск, 1981, стр. 7 - ПРОТОТИП).
В прототипе подчеркивается, что, учитывая разную природу и характер генерации механического корпусного шума и аэро-газодинамического шума, как составляющих общего шума ДВС, независимость методов и средств уменьшения этих шумов, их изучение, прогнозирование характеристик и оценку необходимо проводить независимо друг от друга, т.е. независимо рассматривать 4 основных составляющих общего шума ДВС:
механический корпусной шум ДВС; шум процесса впуска; шум процесса выпуска; шум вентилятора системы охлаждения.
Несоблюдение данного правила при изучении и оценке шума ДВС, как отмечено в прототипе, может приводить к ошибочным заключениям и выводам. Например, при экспериментальном определении характеристик корпусного шума ДВС часто не исключают (не изолируют) аэро-газодинамический шум впуска, что ведет к ошибкам в оценке корпусного шума ДВС. Именно поэтому в прототипе при экспериментальном определении характеристик механического корпусного
шума две исключение аэро-газодинамического шума ДВС производится путем забора свежего заряда через специальную трубу на достаточном расстоянии от ДВС. При этом заборный свободный срез шланга располагался с максимально возможным удалением от корпуса ДВС в свободном ограниченном пространстве камеры моторного бокса. В этом случае, непосредственный излучатель шума впуска удалялся от зоны установки измерительных микрофонов, регистрирующих корпусной шум ДВС. На отдельных скоростных режимах двигателя шум впуска, излучаемый такой системой с удлиненным воздухозаборным патрубком, может достаточно уменьшаться, а на некоторых режимах - не только не заглушаться, но и даже усиливаться в силу неизбежных резонансов длинной и гладкой трубы, что отрицательно сказывается на точности и объективности измерений корпусного шума исследуемого ДВС. Длинный шланг, соединяемый с воздухозаборным патрубком воздухоочистителя, нежелателен для использования и в силу возможного заметного искажения эффективных показателей ДВС (эффективной мощности и момента, расхода топлива) вследствие роста гидравлических сопротивлений впускного тракта, снижения коэффициента наполнения и дополнительной работы, затрачиваемой на просасывание воздуха по длинному воздухозаборному шлангу.
Для устранения вышеуказанных недостатков, согласно заявляемой полезной модели, предлагается в известном устройстве для оценки уровня корпусного шума двигателя внутреннего сгорания, с исключением вкладов уровней газодинамических шумов систем ДВС (выпуска, впуска, охлаждения), содержащем комплект виброакустической, измерительной, анализирующей и регистрирующей аппаратуры, объект исследований - двигатель внутреннего сгорания, установленный на испытательном стенде в безэховой акустической камере с приточно-вытяжной вентиляцией, систему выхлопа, герметично выведенную в технологическую систему отсоса выхлопных газов испытательного стенда, крыльчатку вентилятора системы охлаждения ДВС, приведенную в нерабочее состояние, исключение вклада уровней шума системы впуска ДВС в замеряемом вокруг ДВС корпусном шуме измерительными микрофонами, обеспечивать за счёт герметичного подсоединения открытого среза воздухозаборного патрубка воздухоочистителя к гибкому шлангу, внутреннее поперечное сечение которого не менее чем в 1,5 раза превышает наружный диаметр открытого среза воздухозаборного патрубка, а длина гибкого шланга
является достаточной для обеспечения забора воздуха в двигатель внутреннего сгорания из полости сопла приточной вентиляции акустической камеры, при этом входной срез шланга оборудован специальным офланцованным насадком.
Сущность полезной модели поясняется на чертежах, где:
на фиг.1 показан смонтированный в безэховой акустической камере моторныйстенд,
на фиг.2 показана схема герметичного подсоединения тракта впуска ДВС к полости сопла приточной вентиляции акустической камеры,
на фиг.З представлены общие уровни шума, дБА, исследуемого ДВС в 1м от корпуса (средние значения по 5-и точкам, нагрузка 100%) в частотном диапазоне от 20 до 10000 Гц;
впуск отведен гладким резиновым шлангом диаметром 50 мм,
длиной 1,2 м;
впуск отведен так, как это предлагается заявляемой полезной
моделью.
На фиг.1 и 2 показаны:
1- безэховая акустическая камера (акустический моторный бокс)
2- сопло штатной приточной вентиляции акустической камеры
3- дополнительный воздухозаборный шланг системы впуска
4- штатный воздухозаборный патрубок воздухоочистителя ДВС
5- исследуемый объект - корпус ДВС
6- сопло штатной вытяжной вентиляции
7- измерительные микрофоны
8- звукопоглощающая облицовка камеры (звукопоглощающие клинья, звукопоглощающие кулисы)
9- звукопоглощающий материал (прессованная волокнистая плита)
10- перфорированная защитная футеровка
11- держатель прессованной минплиты
12- корпус воздухоочистителя ДВС
13- фильтрующий элемент воздухоочистителя
14- насадок шланга с офланцовкой
17- ремённый привод
18- ремённый звукоизолирующий кожух
19- верхний подшипник ремённого привода
20- защитный звукоизолирующий кожух
21- промежуточный соединительный вал
22- звукопрозрачный пол (решётка) акустической камеры
23- монтажная рама моторного стенда
24- машинный зал
25- звукоизолирующие уплотнители
26- виброизолированный фундамент стенда
27- пружины камеры
28- шкаф управления стендом.
В заявляемом устройстве полость вентиляционного сопла будет дополнительно выполнять функцию расширительной шумозаглушающей камерой, футерованной шумопоглощающим материалом, и т.о. - выполнять функцию эффективного комбинированного глушителя шума впуска ДВС, исключающего при измерениях корпусного шума ДВС регистрацию вклада шумового излучения от системы впуска ДВС. Более того, звуковые волны, прошедшие непосредственно через звукопоглощающую структуру сопла, дальше будут распространяться в пористой звукопоглощающей структуре звукопоглощающих клиньев (звукопоглощающих кулис), примыкающих к угловой зоне стен безэховой акустической камеры и, тем самым, возникающий дополнительный эффект звукопоглощения шумового излучения от системы впуска возрастает многократно что, таким образом, исключит вероятность дополнительной ошибки регистрации излучения корпусного шума, замеряемого в акустической камере измерительными микрофонами, расположенными вокруг ДВС. Расположение свободного среза воздухозаборного шланга в напорной зоне полости сопла приточной технологической вентиляции помещения моторного акустического бокса и использование специального входного насадка шланга с офланцовкой позволяют создавать в зоне забора воздуха условия динамического наддува и увеличение коэффициента наполнения ДВС (забор в ДВС охлажденного, стабильной температуры воздуха, направленного под избыточным давлением вентиляционной воздуходувкой в зону воздухозаборного среза и, как следствие, поступление в камеру сгорания ДВС более плотного
заряда), компенсирующих дополнительные гидравлические потери в магистрали всасывания, вносимые удлиненным шлангом воздухозабора. Вследствие этого, исключается ухудшение мощностных и экономических показателей ДВС, вызываемых применением удлиненных всасывающих трубопроводов в тракте системы впуска исследуемого ДВС.
Таким образом, реализуются положительные технические эффекты, связанные с исключением вклада побочного маскирующего влияния дополнительного шумоизлучения шума впуска на замеряемый корпусной шум ДВС без отрицательного ухудшения мощностных, экономических и экологических показателей ДВС, влияющих на рабочий процесс и шум корпуса ДВС, что позволяет повысить точность и объективность измерений, требующих исключения посторонних источников шума в технологиях замеров корпусного шума ДВС.
Uc/./, v;9/