内燃机燃烧噪声与机械噪声的测试方法

　　前　言

　　内燃机燃烧噪声与机械噪声的测试常采用测量声压级的方法[1-4],然而,要得到整台内燃机的燃烧噪声与机械噪声声功率级,并要求达到工程级以上的精度,这就要求具有造价昂贵的消声室或半消声室,同时,即使有了这些设施,有很多内燃机因结构、重量尺寸及运转条件的限制也难于进行实验。本文根据内燃机的噪声特点和测声强计算声功率的原理,导出了内燃机的燃烧噪声和机械噪声计算公式,提出了一个测试内燃机燃烧噪声和机械噪声的新方法。实验结果与理论分析相吻合,该方法简单易行,且实验中不需要特殊的声学环境,可在一般实验室或工作场地测试,为研究内燃机噪声特性提供了一个技术手段,有一定的经济意义和实用价值。

　　1　理　论

　　1.1　内燃机声源声场中声压级与声强级之间的关系

　　为了分析内燃机声源声场中声压级与声强级之间的关系,首先分析任意形状平面声源声场中某点(x0,y0,z0)声压级LP与声强级LI之间的关系式[5]:

式中r=[(x-x0)²+(y-y0)²+(z-z0)²]^1/2,Im(x,y)为平面声源上任意一点的界面声强,ρ为介质密度,c为声音在介质中传播的速度,ρc称为介质的特性阻抗。

　　内燃机声源声场中声压级与声强级之间的关系要比式(1)复杂得多,但从式(1)可以知道,声源声场中任意一点声压级与声强级之间的关系是空间坐标、声源上的界面声强和介质的特性阻抗等参数的函数。另外,在文献[5]中推导式(1)时,假设声场中无反射声,这种假设只有在较好的消声室中成立。在一般的实验室或内燃机工作现场根本不可能没有反射声。因此,声源声场中任意一点声压级与声强级之间的关系也是声学环境H的函数,声学环境包括环境反射和环境噪声等。这样,可把内燃机这个复杂声源声场中任意一点的声压级与声强级之间的关系写成下面函数式[6]:

式中,Im为内燃机表面的界面声强,ρc为空气的特性阻抗,H为实验室或内燃机工作现场的声学环境,f为函数表达式。

　　根据内燃机表面振动与辐射噪声的关系,可得界面声强Im为[7]:

式中v²为内燃机辐射面上振动速度的均方值,辐射面上的位置不同,其v²值也不同。σ为辐射系数,其定义为:表面振动功率与辐射声功率之比。σ对不同结构的内燃机有不同的值。所以,式(2)可写成下式:

　　当内燃机的结构、运转工况和实验室的声学环境一定时,测点(x0,y0,z0)一定时,v²、σ和H的值不变,空气温度在0~20℃范围内变化时,空气的特性阻抗ρc变化极小,变化量可以略去不计。所以,f可以仅认为是坐标(x0,y0,z0)的函数,则式(4)可以简化为: