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摘要 摘要 汽车等交通工暴产生的嗓声构成了城市嗓声的主要方瑟，严重影嫡了入稍 正常的王伟与休息。 汽车燃油空气船熟器是冬季客车采谖的主要设备之，艺被国产客率大薰 采用。为充分满足人们对环境保护和乘楚舒适往越来越商的要求，本文辩国产 汽车燃油空气加热嚣的噪声性能进行了全面的试验研究，找出了主要的嗓声 源，并采取了相应的降嗓措施。 对汽车燃油空气加热器中其有熊型代表结构的q n 7 0 0 疆样机的溯试分析 表明：风扇噪声( 6 2 5 h z ) 、电机噪声( 9 6 2 h z ) 和燃烧嗓声是加热嚣的主要噪 声源。为此，本文在分析各噪声源嵫声产生机理的基础上，提出了降低嗓声的 建议与方法。 针对加热器回风口和方箱是噪声向外辐射的必经途径，本文主要从消声器 消声设计、方箱隔声设计两个方面出发，探讨了不改变加热器结构的降低噪声 方法。经试验验证，所采用的降噪措施使加热器各频带的声眶级都有了一定程 度的降低，尤其是在人耳戢敏感的1 0 0 0 i - i z 处下降了4 ，l d b ，并使回风门的噪 声有了明显减小。所以，降噪措施是成功的。 通过此次研究，较好地解决了q n 7 0 0 型汽车燃油空气加热器的噪声问题， 并为同必产品的噪声控制掇供了思路。 关键词：汽车燃油空气加热器噪声控制消声隔声 长安大学硬士论文 汽车燃漓空气熊燕嚣镰声拣齄研究 摘要 a b s t r a c t t h en o i s ec a u s e db yv e h i c l e si st h ec h i e fs o u r c eo fn o i s e1 1 1t h ec i t y ，w h i c h a f f e c t st h e p e o p l e sl i f es e v e r e l y a sah e a t i n ge q u i p m e n tf o rc o a c hi nw i n t e r ，t h ea i rf u e lf i r e dh e a t e rh a sb e e n a d o p t e dl a r g e l y ，w h i c hi n e v i t a b l yc a u s e ss o m en o i s e t om e e tt h en e e df o rt h e e n v i r o n m e n tp r o t e c t i o na n dt h ef u l lc o m f o r t ，s o n l es t u d i e so nh o wt or e d u c et h e n o i s es e e mt ob ev e r yn e c e s s a r yt od o 硼1 i sw i l lb ed e a l t 、v i t l li nt h i sp a p e r t h ed i s c r i m i n a t i o nf o rn o i s es o u r c ef i - o m q n 7 0 0 i n d i c a t e s ：t h ef a n n o i s e ( 6 2 5 h z ) ，t h ee l e c t r o m a g n e t i s mn o i s e ( 9 6 2 h z ) a n dt h eb u r n i n gn o i s ea r et h e m a i nn o i s es o u r c e s t h e n ，s o m e p r o p o s a l sa n d m e t h o d sa r eb r o u g h tf o r w a r do nt h e a n a l y s i so f t h e c a u s e so f t h e s ek i n d so f n o i s e s e e i n gt h a tt h en o i s er a d i a t e st h r o u g ht h ei n l e to f a i ra n di r o nb o x ，as i l e n c e r f o rt h ei n l e ta n dar e c t a n g u l a re n c l o s u r ea l e d e s i g n e d n er e s u l t s o ft h e e x p e r i m e n t si n d i c a t e ：t h em e 丛u r e sa r ev e r ye f f e c t i v et oh a v et h en o i s ep r e s s u r e l e v e lo f b a n d r e d u c e d ，e s p e c i a l l y i n t h e1 0 0 0 h z w h e r e i t i s d e c r e a s e d b y 4 1 d b ，a n d t h es a m ei st or e d u c et h en o i s el e v e lf r o mt h ei n l e to f a i r t h e r e f o r e ，t h em s u l e s c a nb ec o n s i d e r e ds u c c e s s f u l t h r o u g ht h es t u d y ，t h en o i s eo fq n 7 0 0a i rf u e lf i r e dh e a t e r si ss o l v e d r a d i c a i l y ，a n dt h er o u t ei s o f f e r e dt os e t t l et h en o i s ec o n t r o lo ft h i s t y p eo f e q u i p m e n t k e y w o r d s ：a i rf u e lf i r e dh e a t e r ，n o i s ec o n l r o l ，s i l e n c e r ，e n c l o s u r e i i 绪论 绪论 第一节噪声及危害 一噪声及危害“阳。” 噪声是声波的一种。用物理学的观点来说，噪声是各种不同频率、不同强 度声音无规律的杂乱组合。从广义来讲，凡是使人烦恼的、讨厌的、不需要的 声音都称之为噪声。 几乎在任何地方都存在噪声。随着工业的发展，噪声污染已经成为一个世 界性的问题，它与空气污染、水污染一起被列为当今世界三大主要污染源。噪 声污染是一种物理污染，它具有以下特点：污染面积大，到处都有，高低不等； 噪声没有污染物，不会积累，它的能量最后完全转变为热能：噪声声源停止， 噪声污染就没有了。 噪声的物理度量常用声压、声强、声功率及其“级”( 即“分贝”值，d b ) 来表示。分贝是对数单位，无量纲。噪声强度越高，对人体的影响就越大。 噪声的分类方法很多。按起源不同，可分为空气动力性噪声和机械噪声。 气体流动或者物体与气体相互作用引起气体的扰动，由此而产生的噪声即为空 气动力性噪声。机械噪声则是由于固体振动和冲击而产生的。按频谱的性质， 噪声又可分为有调噪声和无调噪声。有调噪声含有非常明显的基频和伴随着基 频的谐波，这种噪声太部分是由旋转机械产生的。无调噪声没有明显的基频和 谐频。 噪声的危害是极严重的，它不仅影响人们的身心健康，影响人们正常的工 作与体息，而且也是降低工作人员的劳动效率，导致各种事故的重要根源之一。 人们在较强噪声环境中工作，感到刺耳难受，时间长了就会发生听觉迟钝，甚 至导致噪声性耳聋。噪声对中枢神经系统的影响是使人不能集中思考问题，并 且加速疲劳，降低劳动生产率，甚至导致工伤事故。噪声会使肠胃机能阻滞， 引起消化不良、食欲不振，导致各种心血管疾病的发生。同时，噪声还会影响 人的视觉系统、内分泌系统等，造成视力清晰度变差、血液中油脂及胆固醇升 长安大学硕士论文汽车燃油空气加热器噪声性能研究 绪论 高等症状。此外，噪声也是工业产品质量的综合反映。 二噪声控制“印 噪声的形成，需要有声源、传播途径和声的接收器。噪声控制通常就是从 这三个方面来进行考虑的，即从声源上根治噪声、从传播途径上采取降嗓措施 和在接收点进行防护。噪声控制的一般方法如下： ( 1 ) 从声源上降低噪声 通过改进机器设备的结构、改变操作工艺方法、提高加工精度或装配精度 等措施，将发声的机器设备的噪声控制在所允许的范围内。一般采取以下措施： 选用内阻尼大、内摩擦大的低噪声材料：采用低噪声结构形式：提高加工精度 和装配精度；调整机器的结构参数，抑制共振等。 ( 2 ) 从传播途径上降低噪声 限制和改变噪声的传播途径，使噪声在传播过程中衰减，从而传递到接收 者处的能量减少、影响降低。常用隔声、吸声、阻尼、隔振和消声等方法来实 现。 ( 3 ) 在接收点进行防护 对接收噪声的个人进行防护，最简单的方法就是配带个人防护耳具。常用 的有耳塞、防声棉、耳罩及防声头盔等。 对噪声进行测试、分析及诊断，确定主要噪声源是噪声控制的先决条件和 基础工作：其次要根据设备噪声现状及有关标准，确定所需降噪量及降噪频谱 特性，然后针对被降噪设备的结构特点和使用要求，初选降噪方案，并进行测 试、对比、分析。如此周而复始，直至达到预期效果。 噪声控制是一项系统而复杂的工作。只有根据噪声源的具体情况，采取科 学合理的降噪措施，才能取得理想的降噪效果。 第二节o n 7 0 0 型汽车燃油空气加热器降噪研究 一研究目的 现代社会，噪声无时无刻不影响人们正常的工作和休息，其中由汽车、摩 托车等交通工具发出的噪声，对环境污染的影响面最广。据我国1 9 8 1 年城市 长安大学硕士论文 汽车燃油空气加热器噪声性能研究 绪论 噪声源的分类调查，交通噪声在大多数城市噪声中都占第一位，不仅比例大， 声级也高。 q n 7 0 0 型汽车燃油空气加热器“是北京京威汽车设备有限公司于1 9 8 8 年 开发成功的国产最大功率燃油空气加热器。从一诞生开始，该加热器就以产热 量大、采暖迅速、结构简单、使用维修方便，尤其适用于大型客车和我国北方 寒冷地区使用等特点，受到用户的广泛欢迎。但在使用中发现，该加热器存在 的一个显著问题是运行噪声高，特别是启动阶段和从回风口辐射出来的噪声， 直接影响了乘员的乘卧舒适性，并对周围环境造成了不良影响，用户对此反应 强烈。虽然以前曾有人作过研究”。，但尚未达到较理想的要求。 正是基于提高国产客车舒适性、保护环境和提高国产汽车燃油空气加热器 技术性能、增强市场竞争能力的考虑，加之q n t 0 0 型汽车燃油空气加热器的 结构在同类产品中具有代表性，所以受企业的委托开展了本课题的研究，同时 也为类似的降噪问题提供参考。 二研究内容及方法“”7 1 噪声控制的首要问题是噪声源的辨识。为此，本文综合运用了声强测量、 频谱分析、层次诊断等方法对燃油空气加热器的表面声强分布、噪声频率结构、 各噪声源对总声级贡献大小等进行了试验分析，获得了对加热器噪声状况的清 楚认识。图o 一1 是该加热器的噪声传播情况。 图0 - 1 加热器噪声传播图 根据对加热器噪声源的辨识结果，文章较深入地分析研究了风扇噪声、电 机噪声和燃烧噪声的产生机理，并提出了降低这些噪声的建议与方法。由图 长安大学硕士论文汽车燃油空气加热器噪声性能研究 绪论 o 1 所示的噪声传播图可以看出，回风口和方箱是噪声向外辐射的必经途径。 所以从不改变原机型结构，低投入、高效益的原则出发，本文重点进行了回风 口消声器设计、方箱隔声设计两个方面的研究。 长安大学硕士论文汽车燃油空气加热器噪声性格研究 第一辩汽车空调采暖系统 第一章汽车空调采暖系统 汽筚空调的主要功能是对率糟内空气的温度、湿度、流速、清洁度等参数 遴雩亍调节，使其符台人体鳋适挫的要求。汽车空谰是汽窜现代化的重要橼志之 。采暖系统燕汽车空调必不可少的组成部分。 第一节汽车空调与采暖系统 一汽车空调的发展现状“儿幻 汽牮窆调技术是隧鬻汽车的普及丽发展起采的，它先后经历了单一取暖、 单一冷气、冷暖一体化、多功能一体化和自动控制四个发展阶段。目前，正处 予多功能一体化和剩用微型计算机进行自动控制除段。由微机控制的汽车空 调，不憾能对温度、湿魔、空气洁净度、风量、逶转方式、压缩机运转速度等 进行自动控制，两且具备故障、安全报罄，故障诊断储缮等功髓，实现了冷、 暖、通风等多功能一体化和显示数字化。微机控制的空调系统戳其高度酝动亿 和较高的可靠性、经济憔、舒适性和安全性等优点，被越来越多的客车产品所 采用。 我幽的汽车空调产此起步较晚，二十世纪八十年代以前近乎空白。十一届 兰中全会以后，由于汽车工韭的迅速麓屣和空调生产众业技术装备的糯对落 后，少数企业开始从唇孙引进先进技术和生产设备，经过近二十年的消化、吸 收与发展，目前我匿的汽车空调技术已接近世界先进水平，并为进一步发展汽 车空调产业打下了坚实的基础。 现代汽车空调有不阉的分类方法。授功能分为单一功能和龛空调两肇申。单 一功能酆制冷、采暖和通风等各自独立，自成系统；而金空调则集常冷、泉暖、 通风功能于一体，它们熬用一个风机及操纵机构，根据需要提供出合适的冷、 暖风，这是现代轿车上蒋遍采用的一种形式。汽牟空调按驱动方式又可分为非 独立式和独立式，其中j 独立式空调和汽车共用个发渤视，它的工作受汽车 行驶车遽和负荷等的影响；而独立式空调的压缩机则由专门设置的辅助发动机 长安必学硕士论文汽车燃油空气加热嚣噪声性能研究 第一章汽车空调采暖系统 驱动。 二采暖系统 汽车空调采暖系统是汽车冬季运行供车内乘员取暖、车窗玻璃除霜等设备 的总称。随着人们对乘坐舒适性要求的提高和对车辆运行安全性的重视，采暖 系统已开始成为汽车的标准装备之一。 1 、采暖系统的功能 汽车采暖系统主要起以下几方面的作用： ( 1 ) 保持车内的舒适温度。冷暖一体化的空调装置，通过冷、热风的调节， 达到人们舒适性的要求。 ( 2 ) 冬季取暖。冬季采暖系统向车内提供纯暖气，提高车内环境温度。 ( 3 ) 车窗玻璃除霜。冬、春季，由于车内外温差而造成的车窗玻璃上结霜 或雾，影响司机和乘客视线，不利于行车安全，这时利用采暖系统的热风来除 霜或除雾。 2 、采暖系统的分类 汽车空调采暖系统按热量的来源不同可分为余热式和独立式两种。 ( 1 ) 余热式采暖系统 余热式采暖系统即利用发动机冷却系统的余热或排气余热( 废气) 来供车 内取暖。这种系统的采暖设备结构简单、运行经济，且前者使用安全，但热量 较小，并受汽车运行工况的影响。主要用于轿车、卡车和中小型客车等对热量 要求较小的车辆。 余热式采暖系统分为水暖式、气暖式和废气水暖式三种。 水暖式采暖系统即利用发动机冷却液通过采暖系统的热交换器( 散 热器) 直接加热车内空气，或通过加热器芯加热周围空气，再由风扇将热风送 到车内供车室取暖。 气暖式采暖系统有两种型式，一种是使发动机排气管通过驾驶室或 车厢的某一区域，供乘员直接取暖；另一种是将换热器铸成带散热翅片的管子， 装于发动机排气管上，利用高温废气加热空气，再将加热的空气送入车内。由 于发动机的废气含热量高，能提供足够暖气来调节车内温度。但废气中含有的 有害气体和微粒，不仅对人体有极大的危害，而且还有腐蚀性，所以对系统的 长安大学硕士论文汽车燃油空气加热器噪声性船研究 第一章汽车空调采暖系统 密封性要求很高。 废气式水暖系统在发动机排气管处，安装带翅片的热水器，借用7 0 0 c 8 0 0 c 的高温废气加热流过热水器的水，再将热水送到车内的散热器加热 空气，调节车室温度。该系统结构简单，产热量较高，不影响发动机性能，同 时克服了气暖式采暖系统空气湿度偏低的缺点。其最大不足是采暖热量受汽车 行驶工况影响很大。 近年兴起的热管换热技术，应用到汽车的气暖式采暖系统非常安全，换热 也迅速，很有发展前途。 ( 2 ) 独立热源采暖系统 独立热源采暖系统是利用采暖系统中的独立燃油加热器燃烧煤油或柴油， 燃料燃烧所产生的热量加热介质( 空气或水) ，再输送到车内提高车室温度， 供乘员取暖。燃烧的废气直接排放到大气中。 独立热源采暖系统有独立热源气暖装置和独立热源水暖装置两种型式。气 暖装置的结构如图1 - 2 所示，它是利用燃烧室外壳形成热交换器，直接加热被 送入的空气，然后再将加热的空气送入车内，供乘员取暖。 水暖装置的结构与气暖装置相近，其中燃烧室、供油系统和控制系统基本 不变。两者不同的是热交换器，水暖装置的热交换器是管带式或管翅式结构， 管子内部流通已加热的水，而管外的翅片增加热空气的接触，从而增加换热能 力。水暖装置的换热能力高于气暖装置，达8 0 8 5 ，而且暖风比较柔和而 不干燥。水暖装置的最大优点是不仅可作为车厢取暖之用，而且可预热发动机、 润滑油和蓄电池，便于冬季发动机起动和很快转入稳定工况。独立热源水暖装 置主要使用于高档豪华客车上。 以上几种形式的采暖系统，余热式设备结构简单、节约能源，但受汽车运 行工况的限制。而独立式虽然结构复杂，但因其产热量大，不受汽车运行工况 的影响以及可解决严寒地区发动机预热等问题而倍受用户青睐。 第二节汽车燃油加热器的发展n 3 燃油加热器是独立热源采暖系统的主要组成部分，按加热介质的不同，分 为燃油空气加热器和燃油液体加热器两种。 长安大学硕士论文 汽车燃油空气加热器噪声性能研究 第一章汽车空调采暖系统 燃油加热器最早产生于二十世纪四十年代的欧洲”。，主要用来在冬季预热 发动机和保持车室的适宜温度。从其诞生开始，这项技术和相关产品便受到用 户的广泛欢迎，产品遍布欧美市场。二十世纪七、八十年代由于燃料价格上涨 和燃油税比重加大，迫使欧美运输业不得不考虑减少燃料消耗，特别是减少发 动机怠速运转次数。此外，因怠速运转会产生大量的h c 和c o ，所以，e p a ( 美国联邦环境保护局) 在七十年代便制订了严格的反怠速运转法律，严格限 制发动机的怠速运转。由于这些因素，促使燃油加热器在八十年代得到较大发 展。进入二十世纪九十年代以后，随着环保法规的日趋严格和乘员对乘坐舒适 性要求的提高，对加热器的排放和噪声提出了更高的要求。为了适应新的形势， 各国都在积极研究，大量的新技术如自动控制、燃烧控制、排放和噪声控制等 都开始在加热器上得到采用。美国p h i l i p s & t h e r m o 公司于1 9 9 6 年推出了 z e r o s t a r t 加热器，该产品的恒温控制部分具有一个程序化的计时器，可在驾驶 舱2 4 小时监控系统工作；俄亥俄州的h u n t e r 制造公司生产的f a l c o n a i r e 加热 器可使用丙烷或天然气作为燃料。而德国w e b a s t o 公司”1 生产的a i r t o p 2 0 0 0 3 0 0 0 5 0 0 0 和t h e r m o5 0 9 0 系列加热器，使用的点火塞和热交换器采用了 新型耐腐蚀、耐热材料，使燃烧残留物充分汽化，消除了积炭，且点火电流仅 4 5 a ，寿命则是普通点火塞的1 0 倍。特别值得一提的是，a i r t o p2 0 0 0 安装在 卧仓下部，采用了集中控制系统，无需额外的导线和插头，使安装和维修极为 方便。 图1 1 为美国e s p a r 公司”。生产的d 1 l c 型新型燃油空气加热器剖面图。 该产品用恒温器或变阻器启动加热器运行，集中控制单元对点火塞、火焰传感 器、温度传感器和热量传感器作系统检测后，风轮运转，点火塞开始预热燃烧 室。大约1 5 s 之后，油泵供油，混合气体一接触到点火塞即被点燃，此后风轮 速度及燃油供给缓慢增加，加热器正常燃烧。该型加热器，可预先设定低、中、 高档的温度范围，并通过强、高、中、低的模式自动转换来保持这一温度。运 行中，如果火焰熄灭，加热器会重新启动，但若在1 0 分钟内频繁熄灭，则不 会重新启动。开机及运行过程中，控制单元每四分钟检查一次电机，如其不能 启动或保持合适的转速，加热器会自动停止工作。关机后，油泵停止供油，点 火塞再次被加热1 5 s ，风轮继续运转3 分钟，整机停止工作。另外，该型加热 器还具有故障自动诊断功能。安装时，要求确保排气口与助燃空气进口最小 长安大学硕士论文 汽车燃油空气加热器噪声性能研究 第一章汽车空调采暧系统 1 - 热空气风轮；2 讽轮电机：3 助燃空气风轮；4 - 点火塞；5 - 控制单兀；6 - 热量传感器；7 - 燃烧室； 8 火焰探测器；9 热交换器：io _ 操作单元( 恒温器) ；1 1 操作单元( 变阻器) ；1 2 - 外罩；1 3 废气 管；1 4 嘲管封条；1 5 - 油管：1 6 - 主保险( 2 5 a ) ；1 7 助燃空气进管；i8 - 燃油泵：1 9 油管拉紧带； c 助燃空气；m 燃料；e 艘气；f _ 新鲜窄气；h 热空气 图1 - 1e s p a r 公司的d 1 l c 型燃油空气加热器剖面图 3 0 c m 的间距。 我国的燃油加热器在二十世纪八十年代初由河北泊头仪表厂仿制德国产 品率先投产，随后北京京威汽车设备有限公司在消化了国内外技术后，推出了 q n 和y j 两种系列产品( 独立燃烧式和综合预热式) ，基本满足了国产客车和 其它车辆的采暖要求。近年，河北泊头仪表厂与德国合作生产的h y d r o n i c 3 0 型、自行研制开发的y j p q 3 2 2 型、y j p q 2 5 2 型加热器，采用了国际先进的 高压喷射雾化、电极高压点火原理，是一种环保型产品，适用于各种中、高档 客车的采暖和除霜系统。 总的说来，当前加热器技术的发展主要有以下几方面4 3 5 1 6 3 “： 1 ) 燃料部分 选用低排放或无排放燃料，如天然气、液化气、丙烷等； 2 ) 电气部分采用微型计算机技术、电子技术、光纤通讯技术等实现自动 控制： 自动速度控制器保证电机平稳起动，减轻部件上的负载： 采用无刷电机，便于维修，且噪声很小； 长安大学硕+ 论文汽车燃油窄气加热器噪声性能研究 第一章汽车空调采暧系统 整合式电气系统集成放置，便于成型设计，易于安装： 采用起动控制继电器监控外界与冷却水温度，当低于限值时自动起动； 采用热敏电阻和氧传感器检测出口温度和排气浓度，当超过限值时， 信号传给仪表盘上的控制单元，以音响或灯光信号提醒操作者注意； 远程控制单元可使驾驶员实现遥控操作，距离可达6 0 0 米； 计算机控制的程序化计时器最多可在7 天前设定起动时间和温度： 控制器可设定夏天模式，将风机作为通风扇使用； 采用无级热能控制，防止出口温度发生突变，保证热流均匀； 点火塞和火焰探测器结合在一起，封装在陶瓷外壳内，通过热敏电阻 来决定其动作。 3 ) 其它 去掉点火塞，采用电子点火； 用耐磨抗高温材料制成热交换器，使燃料充分燃烧，减少燃烧残留物， 消除积炭； 采用电子泵和高压喷射技术使燃料雾化均匀，燃烧充分； 大量采用铸件或冲压件，便于装配维修； 实现控制系统的集成化，操作自动化； 故障自动诊断功能； 采用火焰传感器、温度调节和过热传感器等措施保证高的安全性。 第三节0 8 7 0 0 型汽车燃油空气加热器“ q n t 0 0 型汽车燃油空气加热器是北京京威汽车设各有限公司于1 9 8 8 年开 发成功并经不断完善的国产最大功率汽车燃油空气加热器，适合于4 5 座以上， 车身长1 l 1 2 m 的大型客车冬季采暖使用。 q n 7 0 0 型汽车燃油空气加热器的结构与工作原理如图1 2 所示。这种加热 器由燃烧室、热交换器、供给系统和控制系统等部分构成“。 燃烧室由雾化杯与电热塞等组成，雾化杯直接装在风扇电机轴上。这样组 成的燃烧室结构简单、布置紧凑、运动平稳、燃烧效率高。同时，由于工作时 燃烧室内的温度高达8 0 0 c 以上，所以要求燃烧室的材料能耐高温。 长安太学硕士论文汽车燃油空气加热器噪声性能研究 第一章汽车空调采暖系统 1 - 电机；2 - 油泵：3 - 点火警：4 - 甩油碗；5 - 热变换器：6 - 热保险；7 太风扇；8 - 排气管：9 一热控件； 1 0 - 助燃进气管；1 l 进油管；1 2 - ，j 、风轮；1 3 - 滴油管；1 4 导风盘：1 5 - 甩油盖：1 6 - 热风出口： 1 7 - 油泵出油管；1 8 - 滤油电磁阀 图卜2o n 7 0 0 型汽车燃油空气加热器的结构与工作原理 热交换器紧靠在燃烧室后端，由双层腔室构成。从燃烧室出来的燃烧气体 在内腔夹层通过，向腔壁释放大量热量，然后经排气管排放到大气中。 供给系统包括燃料供给系统、助燃空气供给系统、被加热空气供给系统三 部分。如果燃料是液体，则燃料供给系统由油泵电机、油泵、燃油电磁阀、油 箱等组成。若燃料是气体，则供给系统比较复杂。助燃空气供给系统由电机和 小风轮组成，被加热空气供给系统由电机和大风扇组成。一般助燃空气和被加 热空气风扇( 轮) 及油泵合用一个电动机，风扇( 轮) 在电动机两端。 控制系统有手动控制和自动控制两种，用来控制电机、电磁阀、点火塞及 自动控制元件( 如火焰感温器、过热保护器、定时继电器等) 的工作。 其工作原理为：直流电机1 带动大风扇7 、油泵2 、小风轮1 2 和雾化器一 起旋转。在油泵2 作用下，燃料从油箱吸出，经过滤油电磁阀1 8 、进油管1 1 进入雾化器被甩成雾状，与小风轮1 2 通过助燃风进气管1 0 吸入的新鲜空气相 混合，由点火塞3 将其点燃，并在燃烧室内充分燃烧。燃烧产生的废气经热交 换器5 内壁夹层环形通道从排气1 ：38 排出。大风扇高速旋转所吸入的冷空气通 过热交换器吸走绝大部分热量后，从出风1 31 6 排出热风，经管道及散热孔送 入取暖区域。 长安大学硕士论文 汽车燃油空气加热器噪声性能研究 第一章汽车空调采暖系统 图1 - 3 是q n 7 0 0 型汽车燃油空气加热器的电器原理图。 鲁号酏 红 熏 黄 4角 譬 绠 灰 曩t 1 图1 - 30 1 , 1 7 0 0 型汽车燃油空气加热器的电器原理图 工作时将开关k i 扳到“运转”位置，电动机运转，红灯( 预热指示灯) 亮，油泵吸油，使整个油路充满燃油。然后将k 1 扳到“预热”位置，点火塞 电路接通，点火塞内的电热丝成炽热状态。约一分钟后，再将k 1 扳回“运转” 位置，点火塞点燃被雾化的燃油。当燃烧室温度升高后，开关k k 闭合，红 灯灭，绿灯( 燃烧指示灯) 亮，整机正常工作。停机时将k 1 扳到“停止”位 置，滤油电磁阀关闭，燃烧停止。约两分钟后，热控件9 收缩使k k 断开，绿 灯灭，整机停止工作。 q n 7 0 0 型汽车燃油空气加热器的技术参数见表1 一l 。 表卜1o n t 0 0 型汽车燃油空气加热器的主要技术参数 泌 热流量送风量耗电量耗油量工作电压外形尺寸质量 ( k w )( m 3 h )( w )( k g m )( d c ) v( r a m )( k g ) 强档 1 9 89 7 02 1 62 1 62 4 6 5 0 x 2 9 0有箱 4 0 弱档 1 4 77 1 01 2 01 6 62 43 3 0 无箱 2 5 长安大学硕士论文汽车燃油空气加热器噪声性能研究 第二章噪声测试 第二章噪声测试 在噪声控制中，声源诊断是一项极为关键的工作，其重要之处在于噪声控 制必须针对主要噪声源着手。而噪声源诊断又是非常复杂的，同一台机器，大 多存在多个声源，且声源之间相互干扰。噪声源诊断的目的就是要从复杂的声 源系统中，通过采取科学合理的手段，找出主要声源的部位、能量分布、频率 特性等，为噪声控制提供科学依据。 基于上述考虑，本章从噪声源声功率测量、表面声强分布、频谱测量和噪 声源层次诊断四个方面出发，对q n 7 0 0 型汽车燃油空气加热器的噪声进行了 全面的测试，找出了主要噪声源，分析了噪声发生的机理。 第一节声源声功率测量 噪声源的声功率在稳态工况下是一个恒量，因此，用声功率能合理地表示 机械设备的噪声高低。声功率级与声压级和声强级之间有一定的函数关系，对 声源声功率级的测量，也是通过测量声压级与声强级来确定的。它们之间的关 系如下： l = l p r + 1 0 1 9 s l r = l m + 1 0 1 9 s 式中：k 一声源声功率级； k 一某规定测量距离r 上多点声压级的平均值： 三。一各测点的平均声强级； s - - 该测量距离下包围声源的总表面积。 如上所述，按测量物理量的不同，声功率的测量分声压测量与声强测量两 种方法，前者是比较传统的方法。按对测量精度要求的不同，声压测量分精密 法与工程法两种，它们都对测试环境提出了一定的要求，而声强测量对测试环 境的要求则相对较低。与声强测量相比，声压测量简单。因此，i s o 标准“” 对声功率测量的说明及规定均是以声压级测量为依据的。 长安大学硕士论文汽车燃油空气加热器噪声性能研究 第二章噪声测试 一试验设计 本次试验对q n 7 0 0 型汽车燃浊空气加热器声功率的测量，依据标猴 g b 3 7 6 7 8 3 嗓声源声功率级的测定一工程法及准工程法、q c t 3 2 4 ，2 0 0 0 汽 车燃浊空气加热器，弊参考g b t 1 8 5 9 - 2 0 0 0 往复式内燃机辐射的空气噪声 测量一工程法投简易法等进行。 试验用加热器不带出风帽与回风懈，并按装车条彳牛( 离地约4 0 0 m m ，近 似等于客车裙部离地阔除) 设计了试验装置。试验以筑形作为包络面，采用九 点测爨法，测点的布爨如图2 ，1 所示。 试验用测爱仪器为 b k 2 2 3 5 型精密声级 计，配糟b & k 1 6 2 4 滤波 器组。测量包括带方箱 与不带方箱两种方式下 强、弱档的声功率级和 强档6 3 2 0 0 0 h z 之阔 1 3 倦频带声功率级。 3 图2 - 声功率测豢测点布拦圈 二数据处理 测量表嚣孚均声援缀王，感下式诗冀： 广191 z 1 0 1 9 | ；10 。叫 ( 2 _ 1 ) 式中，上h 为第i 点测得的声聪级，d b ( a ) 。 黟功率级。鬟下戏谤算： 岛= z e + 1 0 1 文魅j ( 2 - 2 ) 式中：z ，一测量表面平均声臌级，d b ( a ) ； s 测囊表瑟瓣嚣积，试验孛s - - 2 4 。5 5 毋： s 分一参考面积，s o = l m 2 。 慰试验中辑测数豢爱式( 2 - 1 ) 、( 2 - 2 ) 进嚣楚理，结暴翔袋2 1 爨炭。臻 2 - 2 为用表2 - 1 中数据所作的频率一声功率级曲线，由图中可以看出： 长安大学碗士论文 汽车燃瀹空气加热器噪声性能研究 第二章噪声测试 表2 - 1 加热器强、弱档声功率级和强档1 3 倍频带声功率级( d b ( a ) ) 中心频率( h z ) 6 38 01 0 01 2 51 6 02 0 02 5 03 1 54 0 0 无方箱 4 9 36 0 15 7 16 6 26 0 55 7 15 8 96 0 66 4 4 有方箱 5 1 26 1 15 5 46 6 o6 1 35 7 95 8 65 9 36 0 1 中心频率( h z ) 5 0 06 3 08 0 0l k1 2 5 k1 6 k2 o k 弱档强档 无方箱 7 2 07 4 87 7 68 3 57 1 57 2 17 2 79 0 79 5 9 有方箱 6 9 37 2 17 4 97 8 o6 9 76 9 76 9 88 9 49 4 7 ( 1 ) 带方箱时强、弱档的声功率级 分别达到9 4 7d b ( a ) 和8 9 4d b ( a ) ； ( 2 ) 在6 3 2 0 0 0 h z 之间的1 3 倍 频带声功率级曲线上，出现了三个比 较明显的峰值，分别在中心频率为 8 0 h z 、1 2 5 h z 、l o o o h z 的频段上， 且以1 0 0 0 h z 处的幅值为最大； ( 3 ) 带方箱与不带方箱两种情况下 声功率级的区别在2 5 0 h z 以下不甚明 显，在2 5 0 2 0 0 0 h z 之间则出现定 1 3 倍频程中心频率( h z ) 图2 _ 2o n 7 0 0 型汽车 燃油空气加热器声功率级 的差别，表现为不带方箱时的值稍大于带方箱时的相应值。 由式( 2 2 ) 可见，平均声压级与声功率级之间仅相差一常数，因而平均 声压级曲线与平均声功率级曲线的趋势相同。本试验中强、弱档的平均声压级 分别为8 0 8 d b ( a ) 和7 5 5 d b ( a ) 。 第二节加热器表面声强分布m 州”3 表面声强分布能较好地表示设备辐射噪声的区域特点，并大致确定主要的 噪声辐射部位。本节对加热器表面声强的测量，借助一个1 2 0 0 x 6 0 0 x8 0 0 m m 的角钢架，并用细绳做成2 0 0 2 0 0 m m 的测量网格进行。用声强探头测量节 点上的声强，并对每个面的声强值用m a t l a b 软件进行处理，绘制各表面声强 分布图。试验用q n 7 0 0 型加热器处于强档稳定燃烧，不带回风帽与热风帽工 第二章噪声测试 况。所用仪器傀括b & k 4 4 3 3 声强分析仅，配b & k 4 1 8 1 登传声器的声强探头。 数据处理中，以加热器铭牌面为前端面，热风出口侧为左端面，其它类推。 一试验结暴与处理 、翅热器裁端覆 前端面共布置5 x 7 个测点，所测 表瑟声疆分毒皴图2 3 瑟示。鼙疆看 出，前端面在淀侧中央、右侧上部和 下部镳害处豹声强蓬鞍大。分凝试为， 左侧中央是由于靠i 瞪热风出口的缘 羧，表镤l 兹峰穰刘分期是接媛强风口 和排气臼造成的。 2 、按热器发蜷覆 豳2 - 3 加热器前端丽声强分布图 左端面共布置4 5 个测点，其表湎声强分布图呈明显的凸状( 图2 - 4 ) ， 中心黟强级达9 2 d b ( a ) 。同黪，出建处的l 嚣睡菝程擞( 蚕2 - 5 ) 可以矮出， 噪声能量主要分布在中心频率为1 0 0 0 h z 、6 3 0 h z 的频段内。 蓬2 q 加热器左鲻鼹声强努窍鹚圈2 - 5 加热爨志端嚣声强1 3 接频程蜜 加热器电机噪声撼频 f = , , z 6 0 = 3 7 5 0 1 5 6 0 = 9 3 8 胁 风瘴噪声频率 f = n z 6 0 = 3 7 5 0 1 0 6 0 = 6 2 5 h z 上式中：广一电机或风扇噪声熬频； 一彀规或娥壤转速( r p m ) ； z 一峨机转予齿数或风扇叶片数。 长象犬学礤士论文 汽车燃油空气加热嚣蟪声性能研究 第= 章噪声测试 9 3 8 h z 和6 2 5 h z 分别位于中心频率为1 0 0 0 h z 和6 3 0 h z 的频段内，因此可 以认为，左端面噪声主要是由电机噪声和风扇噪声随热风传出而引起。 3 、加热器后端面 后端面共布置7 x 5 个测点，表面声强分布图有三个峰值，如图2 - 6 所示， 分别是左侧中央、上部偏右和下部偏右，形成原因与前端面相同。 4 、加热器右端面 右端面共布置4 x 5 个测点，声强分布如图2 7 所示，由图可见，上下声 强值较高，中间偏低，这是由于靠近回风口和排气口的缘故。 图2 - 6 加热器后端面声强分布图图2 - 7 加热器右端面声强分布图 5 、加热器上端面 上端面共布置4 x 7 个测点，表面声强分布中心偏右较高，中间稍低，左 侧高，如图2 8 所示。 由加热器上端面1 3 倍频程图( 图2 - 9 ) 可以看出，在6 3 0 h z 、1 0 0 0 h z 频 率段有明显峰值，据前述分析，此分别由风扇噪声、电机噪声引起。 二分析 由上述对加热器各端面表面声强分布的研究可知：对该型加热器，回风口、 热风出口和进、排气口是辐射噪声的主要部位。正常装车时，热风出口的噪声 经多级管道衰减后，向外辐射的量已很少，其影响不大。排气口由于远离车室， 所以其噪声对乘客的影响也较小( 但对环境影响较大) 。相比之下，回风口因 直通车室，它的噪声将对乘员的舒适性造成极大影响。进一步分析可知，从回 风口、热风出口辐射出的噪声，主要由电机电磁噪声和风扇旋转噪声组成。 长安大学硕士论文汽车燃油空气加热嚣噪声性能研究 第二章噪声测试 图2 - 8 加热器上端面声强分布图图2 - 9 加热器上端面声强i 3 倍频程图 综上可见，加热器的噪声控制从主动方面，应以控制电机噪声、风扇噪声 为主；从被动方面，则应以回风口作为噪声控制的切入点。 第三节噪声频谱测量 噪声频谱分析是在频率域内分析信号的频率结构，即以频率为横坐标，主 要声学参量( 如声压级、声强级、声功率级) 为纵坐标的图形。对噪声进行频 谱分析或测量可以比较详细地了解噪声的频率成分，探寻噪声发生的根源，研 究噪声的发生机理以及如何控制等问题。 一试验设计 试验中，加热器不带方箱时，加速度传感器放置于靠近回风口的热交换筒 上，带方箱时，放置于靠近回风口的方箱上。传声器放置于回风口附近。 用笔记本电脑采集加速度传感器的振动信号和传声器的声压信号，其中采 样频率f s = 5 0 0 0 i - i z ，采样点数4 0 9 6 。对采集到的信号用m a n a b 软件进行处理， 从而获得各工况的噪声频谱图与功率谱图。 试验所用仪器设备主要有：q n 7 0 0 型燃油空气加热器；b & k 4 3 7 1 加速度 传感器；b & k4 1 8 2 传声器；b & k2 6 3 5 电荷放大器；b & k4 4 3 3 现场声强仪： 转速计和笔记本电脑等。 试验工况： ( 1 ) n = 3 7 5 0 r p m ，带方箱，加热器正常燃烧： 长安大学硕士论文汽车燃油空气加热器噪声性能研究 第二章噪声测试 ( 2 ) n = 4 1 0 0 r p m ，带方箱，加热器正常燃烧： ( 3 ) n = 3 7 5 0 r p m ，带方箱，加热器不燃烧； ( 4 ) n = 3 7 5 0 r p m ，不带方箱，不带大风扇，加热器不燃烧。 试验工况( 1 ) 为加热器装车正常工作的工况。 二结果分析 对工况( 1 ) 采集到的回风口声压信号进行频谱分析，如图2 1 0 所示。由 图可见，加热器噪声主要分布在1 2 9 h z 、6 4 5h z 、9 6 2h z 、1 0 6 9h z 等频率附 近。下面分析引起噪声的根源。 1 、燃烧噪声“ 通过对比工况( 1 ) 与工况( 3 ) ( 图2 1 1 ) 的噪声频谱图可见，两图的明 显差别在于工况( 3 ) 少了1 2 9h z 附近的频率成分。另外，试验时，加热器在 正常燃烧过程中发出低沉的轰鸣声。由此可以推断1 2 9h z 附近的噪声是由燃 烧引起的。 ：。从圳峨k - ：。 频串 图2 - 1 0 工况( 1 ) 噪声频谱图 i 舞 诅 智 霉 图2 - ”工况( 3 ) 噪声频谱图 2 、风扇噪声“ 风扇噪声主要由风扇叶片噪声和涡流噪声组成。叶片噪声是由于叶片周期 性地打击空气质点引起周期性压力脉动形成的。它与风扇转速、叶片几何形状 及尺寸有关，其噪声呈窄频带、低中频特性，有明显的峰值，形成有调噪声。 叶片噪声基频f = n z 6 0 。其中，h 为风扇转速( r p m ) ，z 为叶片数( z 釜1 0 ) 。 当n = 3 7 5 0 r p m 时，f - - - 6 2 5 h z ，与图2 1 0 中的6 4 5 h z 吻合；当n - - - - 4 1 0 0 r p m 时，产6 8 3 h z ，正好与工况( 2 ) ( 图2 - 1 2 ) 中的6 8 2 h z 吻合。说明加热器6 4 5 h z 长安大学硕士论文 汽车燃油空气加热嚣噪声性能研究 第二章噪声测试 附近的噪声由风扇叶片噪声引起。 涡流噪声是由于叶片转动使空 气产生涡流形成的，其大小主要取决善 于叶片的形状、直径以及气流的速度譬 等。特点是呈连续宽频带特性。 量 3 、电机噪声 电机噪声包括电磁噪声、机械性 噪声和空气动力性噪声。其中空气动 力性噪声主要来自风扇的噪声，如前 4 “5 0 厂甲r _ 【lj 删蝴i锄础 频率h 2 图2 - 1 2 工况( 2 ) 噪声频谱图 所述。机械性噪声大体有：转子不平衡( f = n 6 0 ) ，一般为低频噪声，直接对 噪声影响不大；机件共振噪声；电刷噪声( 基频f = k n 6 0 ，k 为换向片数量) ： 轴承噪声。电磁噪声主要是由于径向交变电磁力激发结构振动而引起。 电磁噪声基频f = n z 6 0 。其中，九为电机转速( r p m ) ，z 为电枢槽数 ( z 兰1 5 ) 。 当n = 3 7 5 0 r p m 时，户9 3 8 h z ，与图2 1 0 中的9 6 2 h z 吻合；当n = 4 1 0 0 r p m 时，户1 0 2 5 h z ，正好与工况( 2 ) ( 图2 - 1 2 ) 中的1 0 6 0 h z 吻合。说明加热器9 3 8 h z 附近的噪声是由电机电磁噪声引起的。 第四节噪声源层次诊断法识别加热器噪声源 在实际噪声源的诊断中，由于各声源的频率结构十分复杂，声源之间的干 扰及声波的传递通道千差万别，使得在实际诊断过程中往往很难对各声源之间 进行排序。噪声源层次诊断法是层次分析理论在噪声源识别领域的应用，其目 的是确定各主要声源的主次顺序。 一噪声源层次诊断法的原理“印 根据噪声源的特点和层次分析理论，建立具有三个层次的结构图：目标层 为各噪声源的主次顺序，用a 表示；中间层为频率层，用b 表示；最低层为 噪声源层，用c 表示。频率层b 中各因素正、五、矗为由噪声评价点的 噪声频谱确定的峰值频率或者频段。频率层b 和声源层c 之间的依赖关系， 长安大学硕士论文 汽车燃油空气加热器噪声性能研究 第二章噪声测试 应根据实际噪声源系统中各声源近场的声信号、振动信号或者其它相关信号与 噪声评价点的噪声信号确定。 噪声源层次诊断的步骤如下： ( 1 ) 测量被诊断对象噪声评价点的噪声信号，并进行频谱分析，根据其频 率结构，确定层次诊断中的频率