CN105277370A - 一种发动机排气噪声离线仿真试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

一种发动机排气噪声离线仿真试验台及试验方法，属于环境模拟设备，其结构包括产生模拟发动机排气所需气体的气源、控制气体的流量和温度以及消除进气噪声的进气控制段、产生模拟发动机噪声的噪声段和装载试验件的试验段，气源、进气控制段、噪声段和试验段依次连接；噪声段包括扬声器和隔音箱，扬声器位于隔音箱内以使噪声播放过程免受外界干扰，试验段为隔绝外界噪音的消音室从而为试验件提供免受外界影响的试验环境。本发明的模拟排气的流量、温度以及噪声的大小均可以独立控制，可以完成发动机热态和冷态的排气噪声模拟。

Description

一种发动机排气噪声离线仿真试验台及试验方法

技术领域

本发明涉及一种车用发动机排气噪声离线仿真试验台及试验方法，用于模拟车用发动机在不同工况下的排气属性，属于环境模拟设备。

背景技术

随着现代科技和汽车工业的迅速发展，汽车的产量和保有量不断增加，汽车噪声已成为影响人们生活质量的重要污染源，所以世界各国相继出台了限制机动车噪声的相关法规。汽车排气噪声占汽车噪声的比重较大，所以在排气管后加装消声器是简单有效的途径。而对于传统的消声器设计方法，需要经过“设计—试制—试验—改进设计—试制—试验”等多次循环，周期长，投入成本高，而且设计出来的消声器通用性较差。所以设计一种车用发动机排气噪声离线仿真试验台，用以进行不同排量不同工况的车用发动机排气仿真，这样可以减少用于消声器性能试验的燃油消耗，节约开发成本，提高研发效率，对于消声器性能的研究具有深远意义。

消声器的消声性能和空气动力性能是评价其优劣的两大重要指标，两者与排气温度、流速、噪声大小等密切相关，只有准确、定量、可控地模拟出这些属性，才能为排气消声器提供一个可靠的工作环境，得出的结果才准确，因此，离线仿真试验台必须具备上述特点，才具有通用性，才能方便地进行消声器设计、匹配工作。

目前本领域内也有一些发动机试验装置的研究，但有的试验装置只能简单模拟冷态下的发动机排气，如蔡超等人(排气消声器声学特性试验台研制，江苏工学院学报1991年第4期)设计的试验台不能模拟热态下的发动机排气；有的试验台应用的声源为白噪声，如阮登芳等人(内燃机消声器特性试验装置的研制及应用，内燃机工程2004年第4期)设计的“内燃机消声器特性试验装置”应用白噪声的声源，由于试验环境与真实环境存在差异，在应用上受到限制。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种发动机排气噪声离线仿真试验台及试验方法，该试验台及试验方法能够定量、准确的模拟出不同机型和不同工况下的发动机排气，为消声器与发动机的匹配试验提供接近实际的噪声源和气源，以便进行消声器匹配试验，减少试验消耗。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种发动机排气噪声离线仿真试验台，包括产生模拟发动机排气所需气体的气源、控制气体的流量和温度以及消除进气噪声的进气控制段、产生模拟发动机噪声的噪声段和装载试验件的试验段，气源、进气控制段、噪声段和试验段依次连接；噪声段包括扬声器和隔音箱，扬声器位于隔音箱内以使噪声播放过程免受外界干扰，试验段为隔绝外界噪音的消音室从而为试验件提供免受外界影响的试验环境。

进一步的技术方案为：所述的气源为鼓风机。鼓风机功率充足，用于产生用于模拟发动机排气所需的气体，可模拟中小排量的发动机排气，也可模拟大排量的发动机排气。

进一步的技术方案为：所述的进气控制段包括旁通阀、流量计、电热丝和消声器，旁通阀、流量计和电热丝依次安装在进气控制段的管道上，消声器安装在进气控制段的管道与噪声段的管道之间以消除进气噪声；所述旁通阀上设有与大气相连通的通道以调节所需排气量，所述的电热丝加热气源提供的气体以控制模拟排气的温度。旁通阀调节排气量时，根据流量计的读数进行调节。

由于发动机排出的气体为热气体，设置电热丝能够完成热态排气的模拟，更加接近发动机排气的实际情况；利用现有技术，可以实现通过改变电热丝的功率来改变电热丝的加热温度，实现气体温度可控，模拟不同工况下的发动机排气；消声器消除了气源产生的噪声，保证气体进入噪声段时不会对噪声段产生的噪声造成影响。

进一步的技术方案为：所述的消声器为阻性消声器。阻性消声器由内部的穿孔板、外部的壳体以及穿孔板和壳体之间的消音棉构成，具有结构简单、体积小、消音效果好等特点。

进一步的技术方案为：所述的噪声段还包括声控台和功率放大器，声控台通过功率放大器与所述扬声器相连接，声控台内部载有多种波长和频率组合在一起的综合噪声且音量可调，所述隔音箱一侧通过气体入口与进气控制段相连通，隔音箱另一侧通过气体出口与试验段相连通。声控台载入采集好的发动机噪声，试验员可以通过声控台选择播放哪种工况或哪种机型的噪声，声控台将控制信号传输到功率放大器上，在功率放大器的驱动作用下，保证扬声器能够提供良好的发动机仿真噪声音质输出。

进一步的技术方案为：所述的扬声器包括多个，多个扬声器之间串联且均朝向隔音箱的气体出口的方向，各个扬声器与隔音箱的气体出口之间的距离相等。扬声器的方向均朝着气体出口方向，可以减少声音向隔音箱箱体外的环境中传递，并且因为各个扬声器与气体出口的距离相等，所以发出的声音在气体出口处会由于相位相同而得到增强，最大程度的减少噪声段所发出的噪声的损耗和提高其仿真度。

进一步的技术方案为：所述隔音箱的侧壁包括内层、外层和中间层，所述的内层为穿孔板以避免扬声器发出的声音在隔音箱内部反射，从而避免声音自扰，所述的外层为壳体，所述的中间层位于内层和外层之间，中间层由消音棉构成。穿孔板覆盖整个箱体内部表面，用于固定中间层的消音棉，穿孔板表面遍布孔径为1cm左右的小孔，从扬声器发出的声音大部分与气流一起传递出去，小部分通过小孔进入消音棉，这样就可以阻止声音进入箱体外的环境中，对环境中的试验人员和设备产生不良影响；如果使用不带穿孔的金属板在内部固定消音棉，从扬声器发出的声音会在内部不断的反射，形成了声音的自扰，影响噪声的质量，所以穿孔板同样也可以防止声音的自扰。

进一步的技术方案为：所述的穿孔板采用铝制材料。一般的消音材料对消除高、中频噪声效果显著，对低频噪声的消除则不是很有效，铝制材料可以在较宽的频带范围内消除噪声，并且减少占用体积。

进一步的技术方案为：所述的气源、进气控制段、噪声段和试验段之间通过管道和法兰相连接。法兰连接拆装方便、强度高且密封性能好。

本发明解决其技术问题的技术方案还包括：一种发动机排气噪声离线仿真试验方法，如下：气源吹出的气体进入进气控制段，进气控制段控制气体的流量达到模拟排气所需的排气量，并对气体进行加热，完成热态排气的模拟，消除进气噪声后的气体进入噪声段的隔音箱；扬声器在隔音箱内发出模拟发动机的噪声，扬声器发出的噪声随着气体一起传递到试验段，检验安装在试验段的消声室内的试验件的消声效果。

本发明的有益效果是：

1、模拟发动机排气的气体的流速可以通过旁通阀调节，气体的温度可以通过电热丝调节，噪声的大小可以通过声控台调节，从而使气体的流速、温度和噪声大小可以独立控制，可以定量模拟排气的温度、流速、噪声，适用于不同机型、不同工况下的消声器匹配试验；

2、噪声源采用声控台控制的扬声器，声控台载入采集好的发动机噪声，通过声控台可以选择发出噪声频带更宽的白噪声或者发出某机型在某特定工况下的特定噪声，在发动机工作过程中，经过排气消声器的噪声是由各种频率、各种波长的多种噪声组合在一起的综合噪声，而如果仅应用单一频率的噪声去研究消声器的消声性能就失去了研究的现实意义，所以本试验台应用可以发出各种波长、各种频率的复杂噪声的扬声器，使试验结果更具有现实意义，消声器与发动机的匹配效果明显提高，也就提高了试验台的通用性；不仅如此，发动机的工作过程是一个不断波动的过程，甚至有时会发生爆震或者工作粗暴这些燃烧不正常的情况，所以如果应用特定频谱的噪声无法较好的进行仿真，此时应用发出真实噪声的扬声器就更突显了优势；

3、本发明在进气控制段设有消音器，能够消除进气噪声对于噪声段产生的噪声的影响，同时，噪声段的扬声器位于隔音箱内，保证噪声播放过程中不受外界干扰，隔音箱由内层的铝制穿孔板、中间的消音棉和最外层的壳体组成，铝制的穿孔板覆盖整个隔音箱箱体内部表面，用于固定中间层的消音棉，穿孔板表面遍布孔径为1cm左右的小孔，从扬声器发出的声音大部分与气流一起传递出去，小部分通过小孔进入消音棉，这样就可以阻止声音进入箱体外的环境中，对环境中的试验人员和设备产生不良影响；如果使用不带穿孔的金属板在内部固定消音棉，从扬声器发出的声音会在内部不断的反射，形成了声音的自扰，影响噪声的质量，所以穿孔板同样也可以防止声音的自扰；

4、消音器和隔音箱内的穿孔板采用铝制材料，可以在较宽的频带范围内消除噪声；

5、扬声器设置有多个，多个扬声器之间串联且均朝向隔音箱的气体出口的方向，各个扬声器与隔音箱的气体出口之间的距离相等。扬声器的方向均朝着气体出口方向，可以减少声音向隔音箱箱体外的环境中传递，并且因为各个扬声器与气体出口的距离相等，所以发出的声音在气体出口处会由于相位相同而得到增强，最大程度的减少噪声段所发出的噪声的损耗和提高其仿真度，接近发动机的真实工作情况，试验结果准确。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图中：1鼓风机，2旁通阀，3流量计，4电热丝，5消声器，6隔音箱，7消音室，8试验件，9声控台，10功率放大器，11扬声器。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步的描述：

如图1所示。一种发动机排气噪声离线仿真试验台，包括通过管道和法兰依次连接的气源、进气控制段、噪声段和试验段。

所述的气源为鼓风机1。鼓风机1功率充足，用于产生用于模拟发动机排气所需的气体，可模拟中小排量的发动机排气，也可模拟大排量的发动机排气。

所述的进气控制段包括旁通阀2、流量计3、电热丝4和消声器5，旁通阀2、流量计3和电热丝4依次安装在进气控制段的管道上，消声器5安装在进气控制段的管道与噪声段的管道之间；所述旁通阀2上设有与大气相连通的通道以根据流量计3的读数调节所需排气量，所述的电热丝4用于加热鼓风机1吹出的气体以控制模拟排气的温度，所述的消声器5用于消除进气噪声。

由于发动机排出的气体为热气体，设置电热丝4能够完成热态排气的模拟，更加接近发动机排气的实际情况；利用现有技术，可以实现通过改变电热丝4的功率来改变电热丝4的加热温度，实现气体温度可控，模拟不同工况下的发动机排气；消声器5消除了气源产生的噪声，保证气体进入噪声段时不会对噪声段产生的噪声造成影响。

消声器5是由内部的穿孔板、外部的壳体以及穿孔板和壳体之间的消音棉构成的阻性消声器。

噪声段包括声控台9、功率放大器10、扬声器11和隔音箱6，声控台9通过功率放大器10与所述扬声器11相连接，扬声器11位于隔音箱6内以使噪声播放过程免受外界干扰，隔音箱6一侧通过气体入口与进气控制段相连通，隔音箱6另一侧通过气体出口与试验段相连通。

扬声器11布置有两个，两个扬声器11对称的布置在隔音箱6内气体入口的上方和下方，两个扬声器11之间串联且均朝向隔音箱6的气体出口的方向，各个扬声器11与隔音箱6的气体出口之间的距离相等。扬声器11的方向均朝着气体出口方向，可以减少声音向隔音箱6箱体外的环境中传递，并且因为各个扬声器11与气体出口的距离相等，所以发出的声音在气体出口处会由于相位相同而得到增强，最大程度的减少噪声段所发出的噪声的损耗和提高其仿真度。

声控台9用于提供多种波长和频率组合在一起的综合噪声且音量可调，所述声控台9载入采集好的发动机噪声，试验员可以通过声控台9选择播放哪种工况或哪种机型的噪声，声控台9将控制信号传输到功率放大器10上，在功率放大器10的驱动作用下，保证扬声器11能够提供良好的发动机仿真噪声音质输出。声控台9可采用现有的带有声音存储功能的声音播放器，实现声音的载入和音量大小的调节。

所述隔音箱6的侧壁包括内层、外层和中间层，内层为铝制穿孔板，外层为金属壳体，中间层为消音棉。穿孔板覆盖整个隔音箱6箱体内部表面，用于固定中间层的消音棉，穿孔板表面遍布孔径为1cm左右的小孔，从扬声器11发出的声音大部分与气流一起传递出去，小部分通过小孔进入消音棉，这样就可以阻止声音进入箱体外的环境中，对环境中的试验人员和设备产生不良影响；如果使用不带穿孔的金属板在内部固定消音棉，从扬声器6发出的声音会在内部不断的反射，形成了声音的自扰，影响噪声的质量，所以穿孔板同样也可以防止声音的自扰。

穿孔板采用铝制材料，可以在较宽的频带范围内消除噪声。

试验段包括消音室7，试验件8安装在消音室7内，消音室7用于隔绝外界的噪声从而为试验件8提供免受外界影响的试验环境。

利用本实施例的试验台进行试验的试验方法，如下：试验件8安装在消音室7内与噪声段相连通的管道上，鼓风机1吹出的气体沿管道到达进气控制段，旁通阀2根据流量计3的度数调节所需排气量，调节好排气量的气体经过电热丝4加热，并经过消声器5消除进气噪音后，经过隔音箱6的气体入口进入噪音段。声控台9内存储有采集好的发动机噪声，试验员通过声控台9选择播放哪种工况或哪种机型的噪声，声控台9将控制信号传输到功率放大器10上，在功率放大器10的驱动作用下，保证扬声器11能够提供良好的发动机仿真噪声音质输出。气流和噪声进入试验段，检测试验件8的消声效果。

本发明的进气控制段对于进气的流量控制不限于实施例所述的旁通阀和流量计，还可以采用流量阀、流量传感器等。

本发明的进气控制段用于控制进气温度的元件不限于电热丝，还可以采用热电偶。

本发明噪声段的扬声器不限于实施例所述的两个，扬声器还可以布置两个以上，当扬声器的布置数量为两个以上时，应围绕隔音箱的气体入口均匀布置，使扬声器与隔音箱的气体出口之间的距离相等，并且扬声器均朝向隔音箱的气体出口的方向。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不是本发明的全部实施例，不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突出本发明的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。

Claims (10)

1.一种发动机排气噪声离线仿真试验台，其特征是，包括产生模拟发动机排气所需气体的气源、控制气体的流量和温度以及消除进气噪声的进气控制段、产生模拟发动机噪声的噪声段和装载试验件的试验段，气源、进气控制段、噪声段和试验段依次连接；噪声段包括扬声器和隔音箱，扬声器位于隔音箱内以使噪声播放过程免受外界干扰，试验段为隔绝外界噪音的消音室从而为试验件提供免受外界影响的试验环境。

2.根据权利要求1所述的一种发动机排气噪声离线仿真试验台，其特征是，所述的气源为鼓风机。

3.根据权利要求1所述的一种发动机排气噪声离线仿真试验台，其特征是，所述的进气控制段包括旁通阀、流量计、电热丝和消声器，旁通阀、流量计和电热丝依次安装在进气控制段的管道上，消声器安装在进气控制段的管道与噪声段的管道之间以消除进气噪声；所述旁通阀上设有与大气相连通的通道以调节所需排气量，所述的电热丝加热气源提供的气体以控制模拟排气的温度。

4.根据权利要求3所述的一种发动机排气噪声离线仿真试验台，其特征是，所述的消声器为阻性消声器。

5.根据权利要求1所述的一种发动机排气噪声离线仿真试验台，其特征是，所述的噪声段还包括声控台和功率放大器，声控台通过功率放大器与所述扬声器相连接，声控台内部载有多种波长和频率组合在一起的综合噪声且音量可调，所述隔音箱一侧通过气体入口与进气控制段相连通，隔音箱另一侧通过气体出口与试验段相连通。

6.根据权利要求5所述的一种发动机排气噪声离线仿真试验台，其特征是，所述的扬声器包括多个，多个扬声器之间串联且均朝向隔音箱的气体出口的方向，各个扬声器与隔音箱的气体出口之间的距离相等。

7.根据权利要求1所述的一种发动机排气噪声离线仿真试验台，其特征是，所述隔音箱的侧壁包括内层、外层和中间层，所述的内层为穿孔板以避免扬声器发出的声音在隔音箱内部反射，从而避免声音自扰，所述的外层为壳体，所述的中间层位于内层和外层之间，中间层由消音棉构成。

8.根据权利要求7所述的一种发动机排气噪声离线仿真试验台，其特征是，所述的穿孔板采用铝制材料。

9.根据权利要求1所述的一种发动机排气噪声离线仿真试验台，其特征是，所述的气源、进气控制段、噪声段和试验段之间通过管道和法兰相连接。

10.一种利用权利要求1所述的试验台的发动机排气噪声离线仿真试验方法，其特征是，气源吹出的气体进入进气控制段，进气控制段控制气体的流量达到模拟排气所需的排气量，并对气体进行加热，完成热态排气的模拟，消除进气噪声后的气体进入噪声段的隔音箱；扬声器在隔音箱内发出模拟发动机的噪声，扬声器发出的噪声随着气体一起传递到试验段，检验安装在试验段的消声室内的试验件的消声效果。