蓬勃发展的汽车工业，给环境保护带来了巨大压力，排放污染和噪声污染严重影响人们的身心健康。从1999年开始，我国制定了一系列的排放法规以限制汽车排放造成的大气污染，取得了实质性的效果。同时，汽车噪声所带来的环境问题也越来越引起人们的重视。从上世纪六十年代起，国外工业发达国家就制定了一系列法规和标准对车辆噪声加以限制，例如联合国欧洲经济委员会的ECE法规、欧洲经济共同体的EEC法规等。2005年1月，我国颁布了新的更为严格的汽车噪声标准，即第二阶段限值，来减轻汽车噪声对城市居民和驾乘者的危害。

发动机是一个重要的噪声来源，发动机噪声和其燃烧方式、发动机结构、转速、排量和负荷等因素有关，它的噪声激励来自空气动力效应、在燃烧过程中产生的气体压力和旋转，以及往复零部件的机械激励等。为了对汽车发动机噪声进行有效的控制，先要测定发动机的整机声功率，再识别出主要噪声源并分析噪声产生原因，然后采用相应措施加以控制。

由于声强测量及其频谱分析对噪声源的研究有着独特的优越性，能够有效地解决许多现场声学测量问题，因此成为噪声研究的一种有力工具。

发动机噪声产生的机理

发动机结构复杂，零件众多，多数零件又是用螺栓刚性地连接在一起，它们受到冲击载荷激振时，都以各自的固有频率和振型或者独立或者相互影响地进行复杂的瞬态振动，再沿多种途径传播到发动机表面。

这些途径有：燃烧引起的气体力，使缸盖产生振动，进而传播到气缸盖罩和进、排气歧管等零件。作用在活塞上的燃烧气体力和惯性力使活塞产生垂向振动并沿连杆、曲轴、主轴承、曲轴箱和油底壳等零件传播。与此同时，这些作用力又引起活塞横向敲击，激发起缸套和气缸体的振动，进而导致推杆室盖、正时齿轮室盖和机油冷却器等零件的振动。所有这些振动最终的、最有影响的后果，就是引起发动机表面的高频振动，进而诱发出空气辐射噪声。

柴油机噪声声强测量

噪声声强测量不受周围环境反射和背景噪声的影响，测量省时方便，且能同时测得所测声场的数值大小和方向（即一个能量场），因此能方便地判别噪声源的具体位置和求得噪声的发射功率，并可以不需要消声室、混响室等特殊声学环境进行声源的声功率、材料的吸声系数和透射系数等测量。

1．声强测试理论

声场中某一点上，在单位时间内，在与指定方向（或声波传播方向）垂直的单位面积上通过的平均声能量，称为声强。常用的声强测量方法是双传声器法，两传声器安装时需相距一小段距离，设两传声器的声学中心之间相距d，其连线方向为x，则当声波沿x方向行进时，在声场中有：

Ix（t）=p（t）m（t）

式中Ix（t）——表示x方向上某一点的瞬时声强（W/m2）；

p（t）——表示x方向上某一点的瞬时声压（Pa或N/m2）；

m（t）——表示x方向上某一点的瞬时空气质点振动速度(m/s)。

而：

式中：

p1（t）和p2（t）——分别表示两只传声器测出的声压。

两传声器之间中点的声压可以认为是p1（t）和p2（t）的平均值：

则x方向上的瞬时声强为：

在实际测量中常将这两个传声器组装成一个声强探头（见图1）。

图1  双传声器声强探头示意图

2．声强测量技术

声强测量系统一般由声强探头、信号调理器、数据采集装置和声强分析软件系统构成。用声强法测定声源声功率主要有：分布测点法和扫描法两种方式。分布测点法是将被测的设备作为声源，它被一假设的包络面所包围，测量点就分布在这包络面上，将它分为N个分区，每个分区的面积为Si，当声源及环境噪声稳定时，测出每个分区中心的外法线方向的声强Ii。在实际测量时测到的是每个分区以dB为单位的声强级LIi，为了能进行声功率的计算，应把声强级换算为声强值。

某分区i上的声强值为：

式中正负号由LIi的正负决定，基准声强

被测声源辐射的声功率W为： 

声源的总声功率级为：

用声强法测量声源的声功率时，只要包络面内没有其他声源，也没有吸声材料，测量结果理论上不受其他声源或背景噪声的影响，但实际测量中不可避免会有误差。

扫描法就是用探头对每一个分区进行连续的扫描，信号分析仪对每一次扫描周期所得到的信息进行时间平均，得到这个分区的声强。

3.识别WD615.46柴油机噪声辐射面

利用声强法可以对WD615.46柴油机表面辐射噪声进行声强测量，以确定该柴油机的主要噪声辐射面。

依据国际标准ISO9614-1，采用矩形包络面，将被测的发动机作为声源，沿x、y、z方向共布置1056个测点，各测点间距为100mm。

4.测量结果

将所有测点声强采集进入CF-6400四通道分析仪后，经CF-0650声强分析软件（该系统能够一次分析50Hz～10kHz范围的频率）分析得出发动机噪声声场分布图（见图2、图3和图4）。

图2  发动机怠速工况整体噪声等声强线云图

图3  发动机最大扭矩工况整体噪声等声强线云图

图4  发动机标定工况整体噪声等声强线云图

我们可以看到，同一工况下各测量表面分析声强值按“浅蓝-绿-黄-深蓝-粉-红”的颜色顺序增加。不同工况时相同颜色的分析声强值不同。随转速及负荷的增加，分析声强值明显增大。

主要噪声源识别结论

从发动机噪声声场分布等声强线云图和声强三维图及各工况下各个测量面的分析声强值可以看出，该台发动机主要噪声辐射面为板壳结构振动为主的部件，例如油底壳、气门室罩盖和正时齿轮盖；也有一些悬臂安装的部件如，进排气管、水泵、油泵、机油滤清器和空气压缩机等零件也是主要噪声辐射面。

另外，在前端面皮带轮所引起的气动力噪声和飞轮壳引起的噪声也不容忽视。在所有测试工况下，对整机噪声贡献位于前三位的噪声源均为油底壳、进气道和进气管。特别是在怠速工况下，油底壳辐射噪声占到了总噪声的67%，随发动机转速的提高，该比例有所下降，但仍占到了20%以上，是解决发动机降噪问题的重要部件。值得注意的是，除了怠速工况，进气道和进气管辐射噪声占发动机总噪声的40%，在额定转速下，仅进气道的辐射噪声就占到了总噪声的26%，应该是整机降噪的首选目标。气门室罩和排气管辐射噪声分别占总噪声的6%左右，频谱图上显示，其噪声能量主要集中在2000Hz以上。