基于角度域的汽油发电机组噪声分析

　

 

　　内燃机噪声是由多个声源构成的复杂噪声，根据噪声产生的性质可分为空气动力性噪声、机械噪声、燃烧噪声。这些噪声的产生都与发动机工作过程及部件运动相关。在进行发动机燃烧过程分析以及气门、活塞等部件的运动分析时，通常以曲轴转角作为参数。研究这些参数随曲轴转角的变化规律，即角度域分析，因此，对振动噪声信号进行角度域分析，能够将发动机工况与振动噪声问题相关联，对发动机振动噪声进行深入分析。前期已通过声强法对一台单缸汽油发电机组的噪声源进行识别，确定该机组的主要噪声源为排气噪声、进气噪声及缸头噪声，本文基于角度域对这三个噪声源进行分析，判断它们与燃烧过程、气门运动过程之间的关系，确定影响它们大小的因素。

 

　　试验系统及步骤

 

　　.1试验系统

 

　　试验采用比利时LMS公司的SCADAMobile数据采集前端，同时采集曲轴转角信号、转速信号、气缸压力信号、进气门和排气门振动、缸体振动、排气噪声、进气噪声、缸头噪声，主要的测试量及传感器见表1。试验采用LMS公司的Test.1ab软件进行信号采集，采样频率为25.6kHz，F频率分辨率为lHz。

 

　　.2试验步骤

 

　　连接测试系统，设置测试参数，标定各传感器的灵敏度；将编码器与曲轴连接，并准确调整上止点位置信号：用火花塞一体式缸压传感器替换原机火花塞；根据空间位置布置加速度传感器，本试验将加速度传感器布置在进排气门摇臂上表征进排气门振动，缸体振动传感器安装在缸体平面中心；声压传感器加装风罩。减小进排气流及冷却风对传感器的影响，测量缸头噪声的传感器布置在距离缸头lcm处，进排气噪声测量分别在距进排气口30cm处。并与进排气口轴线成45度夹角的位置布置传感器，减小进排气流对传感器的影响。试验在半消声实验室进行，依据欧盟噪声标准要求，设定机组功率3.75kW，转速由发电机组自行控制在3000+150r／arin。待其稳定工作。机油温度上升到正常工作的温度时，开始进行测试。对采集到的时域信号进行处理，根据编码器输出的脉冲信号（1。／脉冲），完成时域信号到角度域信号的转换，根据上止点位置对角度域数据进行对正。

 

　　测试结果及分析

 

　　试验采集到时域信号及编码器脉冲信号，通过软件计算后可将时域信号转换到角度域，得到缸压、进排气摇臂振动、缸体振动、进排气噪声、缸头噪声等信号随曲轴转角变化的角度域信号。通过对缸压、进排气摇臂振动的角度域信号分析结合上止点位置信号及配气相位参数等，可得到各工作循环内发动机的工作状态，图1所示为发动机在两个循环（发动机运转4周）内。发动机的工作过程。

 

　　通过角度关系将缸体振动信号对应到发动机各工作过程中，得到缸体振动信号与发动机工作状态的关系，如图2所示，从图中可以看出，缸体振动在气门开启及关闭时有明显的冲击峰值，在气缸压力最大处时也有一个明显的振动峰值，说明缸体振动受燃烧及气门开启关闭时的冲击的影响。

 

　　将进排气噪声及缸头噪声与发动机工作状态相对应。得到进排气噪声、缸头噪声与发动机工作状态及缸体振动的关系，如图3所示，可以看出，缸压最大点后机体振动出现较大的振动峰值，但没有出现与燃烧噪声相对应的较大的噪声峰值，可知进排气噪声及缸头噪声与燃烧噪声关系不明显。排气噪声明显与排气门开启过程相关。其噪声最大时刻发生在进排气重叠过程：而进气噪声和缸头噪声与进气门开启过程相关，同时其噪声峰值缸体振动峰值相关，因此进气噪声和缸头噪声与配气机构等产生的机械噪声或气动噪声关系较大。

 

　　结论

 

　　本文通过汽油发电机组噪声的角度域分析，将噪声与发动机工作过程及机构运动过程对应起来，对进排气噪声、缸头噪声进行深入分析，得到与这些噪声关系密切的影响因素。

 

　　通过分析发现，此发电机组的缸体振动主要受燃烧产生的激励及气门开启关闭时的冲击影响：进排气噪声及缸头噪声与燃烧噪声没有明显相关性，燃烧噪声不是主要的噪声源：排气噪声主要与排气门开启过程相关；进气噪声和缸头噪声与配气机构等产生的机械噪声或气动噪声关系较大。

 

　　角度域分析可方便有效的得到振动噪声信号与机构运动过程的关系。可对旋转机械的振动噪声进行细化深入分析。

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