Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ШУМА, ИЗЛУЧАЕМОГО ГЛУШИТЕЛЯМИ СИСТЕМЫ ВЫПУСКА АВТОМОБИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Предлагаемое изобретение относится к области акустики транспортных средств и может быть использовано для идентификации источников внешнего шума автомобиля с целью выбора рациональных путей снижения внешнего шума автомобиля и уменьшения затрат при его акустической доводке.

Прежде чем перейти к описанию известных аналогов и прототипа, необходимо отметить следующее. Внешний шум автомобиля является суммой отдельных составляющих его источников, к которым относится двигатель, системы газообмена двигателя (система выпуска отработавших газов и система впуска воздуха для процесса сгорания топлива), агрегаты трансмиссии (коробка передач, мосты), вентилятор системы охлаждения двигателя, шины и некоторые другие. Основным источником внешнего шума, как правило, является двигатель. Следующим по значимости источником (в особенности, для грузовых автомобилей с мощными дизельными двигателями) является система выпуска отработавших газов, оснащаемая глушителем. При недостаточно высокой эффективности уровень шума, излучаемого глушителем системы выпуска (газодинамическая составляющая выпуска), может превалировать над шумом двигателя. Вклад остальных из перечисленных источников во внешний шум автомобиля незначителен и начинает сказываться только после существенного снижения шума двигателя и глушителя. Таким образом, двигатель и глушитель системы выпуска отработавших газов являются основными источниками шума, определяющими внешний шум автомобиля, и успешное решение задачи по его снижению существенным образом зависит от определения вклада этих источников во внешний шум, поскольку необходимо правильно выбрать одно из направлений работ: либо снижать шум двигателя, либо повышать эффективность глушителя.

Известен аналог предлагаемого изобретения, описанный в патенте РФ №2096561, МПК 7 E 02 F 5/14, G 01 M 15/00 «Способ измерения внешнего шума, излучаемого дорожно-строительными и землеройными машинами», заключающийся в измерении внешнего шума датчиками шума, расположенными в измерительных точках, лежащих на воображаемой измерительной поверхности, которая окружает всю рабочую траекторию циклического движения машины. Способ-аналог позволяет определять интегральный уровень шума машины, из которого идентифицировать отдельные источники шума не представляется возможным, что и является его недостатком.

Известен также способ измерения внешнего шума автомобиля, описанный в ГОСТ Р 41.51-99 Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения автотранспортных средств, имеющих не менее четырех колес, в связи с производимым ими шумом. Издательство стандартов, Москва, 2000, с. 12, 13, который заключается в том, что на мерном участке измеряют уровень шума движущегося в режиме разгона автомобиля с левой и правой его сторон (понятия «левая» и «правая» стороны автомобиля определяются относительно направления его движения). Измерения проводят для различных передач. Микрофон устанавливают на расстоянии 7,5±0,2 м от контрольной линии СС¹ (см. рис.1 на стр.15 упомянутого ГОСТа). За результат измерения внешнего шума автомобиля принимают максимальное значение уровня, реализовавшегося при измерениях. Недостатком данного аналога является то, что он не позволяет определить вклад отдельных источников во внешний шум автомобиля (в частности, глушителя), поскольку на расстоянии 7,5 м, как описано в ГОСТ Р 41.51-99, источники невозможно идентифицировать с достаточной точностью. Следствием этого может стать выбор неэффективного пути снижения внешнего шума автомобиля, который не даст положительных результатов, повлечет излишние материальные и финансовые затраты и т.д.

Известно устройство для испытаний глушителей шума выпуска автомобильных двигателей, выбранное в качестве прототипа и описанное в авт.св. СССР №1296884, 1984 г., МПК 7 G 01 M 7/00, G 10 K 7/00, включающее источник шума с подсоединенными к нему выпускным и впускным трубопроводами и источник сжатого газа, соединенный с впускным трубопроводом, причем источник шума выполнен в виде сирены. С помощью данного устройства может определяться акустическая эффективность глушителя в виде спектра снижения шума, например, 1/3-октавного (по результатам измерений шума с глушителем и без него), что позволяет выбрать из нескольких типов глушителей наиболее эффективный с точки зрения снижения шума, однако устройство-прототип не позволяет оценить вклад глушителя как источника во внешний шум автомобиля, поскольку для этого необходимо знать реальные характеристики шума внутри выпускной трубы системы выпуска автомобиля (перед глушителем), зависящие от температуры выпускных газов, их химического состава, статического давления, скорости звука в выпускных газах, чего устройство воспроизвести не может, что и является его недостатком.

Задачами, решаемыми настоящим изобретением, являются:

- идентификация источников внешнего шума автомобиля путем определения шума, излучаемого глушителем системы выпуска отработавших газов;

- уменьшение затрат на акустическую доводку автомобиля в части снижения внешнего шума.

Достигается это тем, что:

- дополнительно измеряют шум внутри системы выпуска автомобиля в районе ее стыка с глушителем при движении автомобиля по мерному участку в режиме, соответствующем максимальному уровню внешнего шума автомобиля;

- определяют спектр шума внутри системы выпуска;

- из полученного спектра вычитают спектр снижения шума глушителем, полученный в лабораторных условиях и по полученной разности вычисляют интегральный уровень шума;

- из интегрального уровня шума вычитают величину поправки, соответствующей затуханию шума на интересующем расстоянии.

Суть заявляемого способа поясняется на чертеже, где схематично представлен автомобиль, содержащий двигатель 1, трубу 2 системы выпуска, по которой отработавшие газы от двигателя 1 подаются к глушителю 3. Автомобиль имеет передний 4 и задний 5 мосты, на которые установлены колеса с шинами 6. Микрофон 7, предназначенный для измерения внешнего шума автомобиля, отстоит на расстоянии λ=7,5 м от продольной оси симметрии α автомобиля, либо на любом другом, интересующем исследователя расстоянии. Направление движения автомобиля показано стрелкой. Внутри трубы 2 системы выпуска в районе ее стыка с глушителем 3 установлен датчик 8, измеряющий шум внутри системы выпуска.

Реализация заявляемого способа осуществляется следующим образом. Сначала в лабораторных условиях определяют акустическую эффективность глушителя с помощью устройства-прототипа, описанного в авт.св. СССР №1296884, либо аналогичного, в результате чего получают спектр снижения шума глушителем, например 1/3-октавный (обозначим его L₀), который является разностью спектров на входе и выходе глушителя при подаче акустического шума на вход глушителя, например, от сирены, как это реализовано в устройстве-прототипе. После этого на автомобиле дополнительно измеряют с помощью датчика 8 (может быть использован пьезоэлектрический датчик, измеряющий знакопеременное давление в газовой среде) шум внутри трубы 2 системы выпуска в районе ее стыка с глушителем 3 при движении автомобиля по мерному участку в режиме, соответствующем максимальному уровню внешнего шума автомобиля (внешний шум автомобиля измеряется микрофоном 7). Режим движения автомобиля выбирают в соответствии с известным способом измерения внешнего шума автомобиля, приведенным в ГОСТ Р 41.51-99. После этого обрабатывают зарегистрированный датчиком 8 процесс и определяют, например, с помощью анализатора спектра, спектр шума внутри системы выпуска (обозначим его L₁), например, 1/3-октавный по аналогии со спектром снижения шума глушителем L₀. Затем получают разность спектров L₂=L₁-L₀ и вычисляют интегральный уровень шума L_Σ, соответствующий спектру L₂. После этого из уровня шума L_Σ вычитают величину поправки ΔL, определяемой расчетным или экспериментальным путем, соответствующей затуханию шума на интересующем расстоянии. В случае проведения измерений внешнего шума автомобиля по ГОСТ Р 41.51-99, это расстояние равно 7,5 м. Таким образом, полученная величина L_гл=L_Σ-ΔL является уровнем шума, производимого глушителем на расстоянии 7,5 м (либо другом интересующем исследователя расстоянии) от автомобиля.

Величина L_гл является важной акустической характеристикой глушителя, поскольку позволяет судить о его эффективности с точки зрения снижения шума (для конкретного типа автомобильного двигателя) системы выпуска отработавших газов. Зная величину L_гл и уровень внешнего шума автомобиля, однозначно правильно решается вопрос о работах по снижению внешнего шума автомобиля - увеличивать эффективность глушителя, либо снижать шум двигателя автомобиля.

Заявляемый авторами способ апробирован в ОАО «Автомобильный завод «Урал» на автомобиле повышенной проходимости Урал-4320 с колесной формулой 6×6, с дизельным двигателем ЯМЗ 236 НЕ 2, с тремя типами глушителей со звукопоглощаемой набивкой, изготавливаемых различными фирмами. По результатам испытаний выбран глушитель, имеющий наибольшую эффективность снижения шума, то есть имеющий наименьший уровень шума, создаваемого глушителем на расстоянии 7,5 м. Погрешность способа составляет не более 1,5 дБ.

Учитывая изложенное, авторы и заявитель считают, что заявляемый способ обладает новизной, существенными отличиями относительно известных технических решений и может быть защищен патентом на изобретение.