柴油发电机噪声测量和试验方法

（3）环境温度和气压修正

      当测试环境的温度和气压偏离标准环境条件（温度t₀=20℃，气压Po=100 kPa）引起的修正值等于或大于0.5 dB时，应加以修正，修正值K₃：

K₃=101g｛√293/（273+t）•（P/100）｝

      式中，t为测试环境的温度，℃；p为测试环境的气压，kPa。

      7室：t=28℃，p=81 kPa，K₃=-0.52 dB。

二、测量结果计算

1、测量表面平均声压级的计算

      根据图2所布置的测点进行测量时，测量的平均声压级用下式计算：

Ḹ_p=101g（1/N）Σ10^0.1LPi

      式中，Ḹ_P为测量表面的平均声压级，dB；L_pi为第i点所测得的声压级，dB；N为测点总数。

2、声功率级的计算

      声功率级的计算公式：

Ḹ_w=Ḹ_p+101g（S/S₀）=Ḹ_p+12.7

      式中，Ḹ_w为声功率级，dB；Ḹ_P为测量表面的平均声功率级，dB；S为测量表面面积，m²，其中，S=4（ab+bc+ca），α=L₁/2+d，b=L₂/2+d，c=L₃+d，L₁，L₂，L₃分别为基准体的长、宽、高，m；S₀为基准面积，m²。

三、试验结果及分析

1、不同大气压下，整机噪声随转速变化

      根据图3所示结果可知，直喷式柴油机表面辐射噪声基本随转速增加而增大，这主要是由于机械噪声增大的缘故，此外，燃烧噪声也有影响。对比2个曲线图可知，90 kPa大气压下的噪声值明显高于101 kPa下的值。按理来说，由于高原气压低，空气稀薄，导致发动机功率下降，所以柴油机在高原状态下其功率和扭矩要明显小于平原状态下的值，但柴油机采用涡轮增压技术，所以要恢复其功率，其噪声值要大于平原状态下的值。这表明，在高原状态下排气压力下降，气缸的内外压力差增加，排气较为顺畅，使保留在气缸内的残留废气减少，有利于快速完成着火前的物理化学准备过程。使预混和阶段完成着火准备的混合气数量增加，燃烧速度加快，从而导致燃烧噪声较平原的高。

2、模拟101kPa下，额定工况下1/3倍频谱分析

      根据图4所示的1/3倍频程频谱图可知，柴油机前、后、左、右四个面八个测点噪声均在500～700 Hz范围内较大，主要由于进、排气歧管辐射噪声，飞轮、齿轮旋转引起的机械噪声以及其他附件工作发出的噪声所引起的，在柴油机上方则在1200～1500 Hz范围内较大，主要由缸盖辐射燃烧噪声所致，这对人影响较大，应该改变缸盖的刚度或者加阻尼以改变缸盖的固有频率。

3、辐射噪声随转速的变化

      根据图5可知，转速较高时，表面辐射噪声声功率级随转速增长基本呈线性的关系，受海拔影响不是十分显著，这主要是因为在高转速时机械噪声是主要的噪声源。而机械噪声主要的激励源是不平衡的惯性力及力矩、活塞的拍击、进排气门落座时的拍击以及齿轮啮合传动等。随着转速增加，活塞的横向运动以高速进行，气门撞击也将增强等因素，机械噪声大幅度增加，因此表面辐射噪声随转速增加而增大。在转速较低时，燃烧噪声较为突出，燃烧噪声产生的根本因素则是压力升高率，压力升高率主要取决于滞燃期内形成的可燃混合气多少，由于本机是增压柴油机，如图3和4所分析的原因，故此高原噪声较平原高。

4、增压对辐射噪声的影响

      从图6可知，自然吸气柴油机与增压柴油机之间在不同转速下的噪声对比，在标定功率点（满负荷），增压柴油机可以显著的降低噪声辐射水平。随着转速的降低，增压柴油机的噪声辐射水平有所增加，当达到较大扭矩点的时候噪声辐射水平基本相同，当转速进一步降低的时候，增压柴油机的噪声反而高于非增压柴油机。在频率较高时增压柴油机辐射噪声较小，主要是由于增压后气缸内的空气密度和温度升高，滞燃期缩短。由于采用涡轮增压后，压缩压力及温度均升高，这就减小了着火滞后期，降低压力升高率，燃烧过程比较柔和。所以，涡轮增压可以使噪声降低。同时，还由于采用涡轮增压，可以在不恶化柴油机性能的前提下大幅度延迟喷油定时，从而，更进一步地降低了燃烧噪声。涡轮增压柴油机与非增压柴油机相比，在全负荷时，其缸内压力频谱在高频区域上噪声级大幅度地下降。但在空负荷时，由于增压柴油机的压缩比一般比非增压柴油机低，因而在空载情况下，压缩终了的温度也就比非增压时低，使着火延迟加长，而压力升高率高，故在空负荷下涡轮增压柴油机的噪声下降不多。

5、不同转速下辐射噪声随喷油提前角的变化

      燃烧噪声起源于燃油在燃烧室中的压缩着火与滞燃期内形成的可燃混合气的突然燃烧。燃烧噪声与气缸内压力开始急剧上升期间的压力升高率有密切关系，压力升高率愈高则燃烧噪声愈大。对于直喷式柴油机而言，减小供油提前角可以推迟供油，缩短着火延迟期，使压力升高率下降，从而也可以使燃烧噪声降低，供油提前角示例如图7所示。本次测试选择三个不同的供油提前角，分别为16°CA、12.5°CA、9°CA，运用大气压模拟设备模拟81kPa下不同供油提前角对柴油机整机噪声的影响如8图所示。

      从图8可知，整机表面辐射噪声随供油提前角的增加而增大。但供油提前角对噪声的影响不是线性变化关系，也就是说，当供油提前角大到一定数值后，再增大供油提前角，整机噪声才明显增大，随着供油提前角的增加，滞燃期变长，由于燃烧过程的滞燃期延长，滞燃期内的喷油量增加，气缸内的较大爆发压力迅速增长，压力升高率增大，则燃烧噪声也增大，供油提前角通过改变滞燃期的长短来影响柴油机噪声。此外，供油提前角大，喷油时间早，此时气缸内压缩温度和压力相对低一些，使得滞燃期延长，燃烧压力振荡的强度随供油提前角增大而增大，因而燃烧噪声增加。供油提前角小，喷油时间延迟，气缸内温度和压力在燃油喷入时较高。燃油一经喷入即雾化，瞬间达到着火点，缩短了滞燃期。较先喷入的燃油爆发燃烧，而后续喷入火焰中的燃油因氧气不足而不会立即燃烧。这样，由于初期燃烧的燃油量少，压力升高率低，可使燃烧噪声减小。大多数柴油机的燃烧噪声随供油提前角的减小而有所降低。但如果喷油时间过迟，虽然燃料进入气缸后的初始温度和压力较高，然而作用时间短，会出现着火燃烧前活塞已开始下行的情况，使气缸内空气压力和温度降低，从而使滞燃期增加，燃烧噪声增加，因此，供油提前角应针对具体的柴油机综合考虑各项指标选取适当值。

四、结论

      通过试验测试及分析研究得知大气压力、转速对整机辐射噪声的影响规律。

（1）在相同的转速工况下，涡轮增压柴油机整机辐射噪声基本随海拔增加（大气压力降低）而增大。

（2）在柴油机转速较高时，整机辐射噪声基本与转速成线性关系，随转速增加而增大，基本不受海拔的影响；在转速较低时，大气压力小辐射噪声反而大。

（3）增压与自然吸气柴油机对比发现，在转速较低时，增压比自然吸气柴油机辐射的噪声大，但在转速较高时，自然吸气柴油机辐射噪声较大。

（4）供油提前角对整机辐射噪声有着重要的影响。供油提前角的大小主要是改变滞燃期内混合气量，影响气缸内压力升高率，若供油提前角增大，整机辐射噪声通常会增大，但供油提前角也不能无限制的减小，减小到一定程度，噪声反而会有所增加。因此，应该综合柴油机动力性、经济性选取较佳供油提前角。

总结：

      康明斯发电机厂家在本文中采用工程法和简易法，运用大气压模拟测试系统，以某四缸柴油机为研究对象，测试计算柴油机整机噪声在81kPa、90kPa、101kPa海拔下随转速的变化，以及在标准工况下1/3倍频程声压级。分析测试结果表明：柴油发电机表面辐射噪声随转速增加而增大，且随海拔的不同也会增大，缸盖辐射噪声在1200～1500 Hz内较大，主要是燃烧噪声所致。