Новые планы на ближайшее будущее и хотел спросить совет )

1. Современные требования к внешнему шуму автомобиля

За последние годы в европейских развитых странах отмечается большой прогресс в снижении шума легковых автомобилей. Это было достигнуто за счет постоянного уменьшения допустимых уровней внешнего шума и обеспечено развитием новых технологий по снижению шума. Шум новых легковых автомобилей за 25 лет уменьшился на 10–12 дБА. В 1994 г. вступила в силу поправка 02 к Правилам ЕЭК ООН №51. В 2003-05 годах предполагается введение поправки 03. Основные отличия введенных и вводимых в действие поправок к Правилам ЕЭК ООН заключается в следующем:

ужесточение на 2-5 дБА допустимых уровней звука;
введение методики подготовки глушителей, имеющих набивку волокнистыми материалами, к акустическим испытаниям (проверка на выдувание);
включение во все Правила требований к испытательному участку дороги для проведения испытаний на внешний шум;
набивка глушителей не должна содержать асбеста.
В России до 1999 г. действовала поправка 01 к Правилам ЕЭК ООН №51, т.е. для легковых автомобилей при разгоне на второй и третьей передачах от 50 км/ч на измерительном участке длиной 20 м предусмотрен средний уровень внешнего шума на расстоянии 7,5 м от оси автомобиля равный 77 дБА. С 1999 г ода вступила в силу Поправка 02, т.е. уровень шума должен быть понижен до 74 дБА.

2. Экспериментальное определение необходимого заглушения в системе выпуска легкового автомобиля

Во внешнем шуме легкового автомобиля при разгоне одно из первых мест занимает шум системы выпуска отработавших газов двигателя. Отвод газов от двигателя осуществляется через нейтрализаторы, трубопроводы, глушители. Правильно выбранный по акустическим показателям глушитель позволяет существенно снизить затраты на снижение шума автомобиля в целом.
Для детального анализа заглушения, создаваемого системой выпуска двигателя, необходимо располагать спектрами незаглушенного и допустимого шума. В качестве исходного принимается спектр шума системы выпуска автомобиля-аналога без глушителя. На рис. 1 показано расположение микрофона при измерениях внешнего шума и шума системы выпуска двигателя, а в табл. 1 представлены данные по незаглушенному шуму легкового автомобиля с бензиновым двигателем объемом 2,5 л на расстоянии 0,5 м от среза выхлопной трубы при разгоне на второй передаче, измеренные в соответствии с методикой. Как правило, наибольший уровень шума системы выпуска автомобильных ДВС наблюдается на частоте 125 Гц и в полосе частот 1000­1500 Гц. Повышенный шум на частоте 125 Гц обусловлен рабочим процессом, происходящим в двигателе, а шум в полосе частот 1000­1500 Гц вызван шумом потока отработанных газов, проходящих по системе выпуска двигателя с высокой скоростью.
Шум незаглушенного двигателя измерялся на автомобиле при полной длине системы
выпуска, но вместо глушителей устанавливались отрезки труб. Этот прием упрощает организацию измерений, несмотря на то, что резонаторы и глушитель должны снижать шум двигателя на выходе из приемной трубы, и спектр шума должен быть получен именно с этой трубой. Как показывает практика, указанное упрощение схемы измерений не влияет на уровни незаглушенного шума.
Заметим, что уровни внешнего шума автомобиля с выпускной системой без глушителей полностью определяются шумом выпуска. Поэтому, определив в этом случае разницу измеренных уровней выпуска в ближнем поле и внешнего шума автомобиля, получим поправку, позволяющую вычислить по уровням шума выпуска в ближнем поле его вклад во внешний шум автомобиля, оцениваемый по методике Правил ЕЭК ООН. Поскольку выхлопная труба смещена на 0,4 м вправо от продольной оси автомобиля, она располагается на разных расстояниях от точек измерения внешнего шума автомобиля с правой и левой стороны. Поэтому поправки для оценки вклада шума выпуска во внешний шум автомобиля слева и справа получились разными и составили 23 дБ(А) для вклада во внешний шум справа
и 24 дБ(А) -- для вклада слева. Эта же разница в 1 дБ(А) получается и теоретически, если считать источник шума точечным и использовать следующую формулу:
d =20lg[(7,5+0,4)(7,5-0,4)].
В соответствии с методикой определения вклада шума системы выпуска двигателя во внешний шум автомобиля, разработанной в отделе виброакустики ГНЦ НАМИ и изложенной в РД 37.001.025-85 «Методы акустических и газодинамических испытаний системы выпуска двигателя на автомобиле», система выпуска, имеющая шум на 8­10 дБ(А) ниже чем внешний шум автомобиля, не оказывает влияние на уровень внешнего шума. Таким образом, при уровне внешнего шума автомобиля равного 74 дБ(А) (Правила ЕЭК ООН 51-02) шум системы выпуска не должен превышать 64­66 дБ(А) в дальнем поле или 88­90 дБ(А) – в ближнем.

3. Расчет заглушения системы выпуска ДВС на стадии ее проектирования

Проектирование глушителей шума для систем выпуска ДВС является сложной технической задачей, включающей разработку математических описаний колебательных процессов для расчета глушителей и синтеза глушителей и систем при достаточно жестких и противоречивых ограничениях, накладываемых на конструкцию и характеристики систем выпуска газов условиями эксплуатации двигателя. Несмотря на то, что шум, измеренный при разгоне, является главным критерием нормирования, ни в одной из расчетных методик не ставится
задача получения частотных характеристик для этих режимов. Основным препятствием для выполнения точного расчета являются: нестационарность и кратковременность режима измерения, нелинейность колебательных процессов, воздействие высокой скорости и температуры газового потока, вторичное шумообразование в глушителе и неопределенность акустического сопротивления двигателя как источника шума. Нестационарность режима измерения проявляется в изменении расстояния от выхлопной трубы до микрофона, направления на источник и изменении частоты работы двигателя. Нелинейность колебательных процессов приводит к искажению переходов между отдельными элементами системы в сравнении с линейными процессами т. к. из-за высокого уровня звукового давления возрастает сопротивление горловин резонаторов, перфорированных решеток и т. п. Вторичное шумообразование зависит от конструкции и может быть тональным и широкополосным.
Старые методы проектирования глушителей и систем сложной структуры разрабатывались применительно к относительно тихоходным двигателям с небольшими скоростями потока и достаточно низкими частотами колебаний. Поэтому они использовали в основном одномерные подходы к описанию акустического поля в системе выпуска. Для проектирования глушителей шумов выпуска газов современных быстроходных двигателей эти методы оказались во многих случаях недостаточными и в связи с повышением частот генерируемого шума, и в связи с резким ужесточением требований к шуму автомобилей, причем как раз в области повышенных частот, для которых звуковое поле в глушителе нельзя считать одномерным.
Для систем выпуска газов современных ДВС очень актуальной оказалась как раз проблема заглушения шумов, длины волн которых имеют порядок характерных размеров глушителей, т. е. получение высоких заглушений в частотных областях, в которых уже не применимы одномерные приближения и еще не применимы методы геометрической акустики. Перечисленные выше обстоятельства потребовали разработки новых, более совершенных методов определения акустических характеристик глушителей, обеспечивающих более полное использование потенциальных способностей глушителей и расширение частотного диапазона их эффективной работы. Усовершенствованные методы позволят также использовать большее
число моделей глушителей и помочь в проектировании новых схем глушителей и систем выпуска газов.
В современных расчетах используют метод, при котором элементы системы представляются в виде одномерных пассивных симметричных четырехполюсников.
Для приближения расчетного определения акустических характеристик систем выпуска к натурным условиям в качестве элементов системы выпуска введены активные сопротивления, также введено отношение скорости потока к скорости звука для учета скорости потока.
После усовершенствования расчетной модели было проведено сравнение расчетной и экспериментальной частотных характеристик (рис. 1).