Результат интеллектуальной деятельности: Способ инструментального акустического контроля

Изобретение относится к технической акустике, в частности, к виброакустическим исследованиям транспортных средств, тепловые двигатели которых оборудованы генератором электрического тока (далее – генератор).

Генератор является одним из источников шума автомобиля. При повышенном излучении шума генератор может непосредственно оказывать влияние как на показатели акустического комфорта в пассажирском салоне или кабине автомобиля, так и на уровень излучаемого внешнего шума. Для получения объективных акустических характеристик генератора проводятся измерения излучаемого им шума в стендовых условиях испытаний. Акустические стендовые исследования генераторов имеют определенные особенности, обусловленные необходимостью обеспечения низкого шумового фона в помещении, где проводятся измерения шума, излучаемого генератором. Для качественных исследований необходимо свести к минимуму наличие звукоотражающих поверхностей, вибровозбуждаемых конструкций, а также наличие близкорасположенного шумоактивного приводного машинного оборудования, чтобы исключить искажения свободного акустического поля, вносимые посторонними техническими устройствами и факторами. Для обеспечения необходимых условий при определении акустических характеристик генератора, чаще всего, используют специальные акустические безэховые камеры и расположенные в камерах стенды. Один из таких примеров приведён в патенте на полезную модель RU 174531, 6МПК G01M 13/02, публ. 19.10.2017, где показаны и безэховая камера, и стенд, реализующие выше упомянутые условия. Однако, стендовые акустические исследования генератора являются трудоемкими и дорогостоящими - необходимо произвести демонтаж генератора с автомобиля, доставить его в специализированную акустическую лабораторию, оснащённую измерительной аппаратурой, выполненной с возможностью проведения спектрального анализа излучаемых шумов, после чего необходимо установить генератор на стенде, а затем произвести необходимые измерения и анализ.

В ряде случаев требуется проведение оперативной оценки акустических характеристик генератора (экспресс-оценку) без демонтажа генератора с автомобильного двигателя. Такая оценка востребована работниками сервисных предприятий (станций технического обслуживания), экспертами научно-технических центров в области акустики. Наиболее часто используют субъективный метод – группа экспертов прослушивает работу энергетической установки автомобиля при открытом капоте в режиме работы двигателя внутреннего сгорания без нагрузки. Субъективный метод оценки является крайне неточным, зачастую приводящим или к необоснованной рекламации «акустически исправного» генератора, или к отказу клиенту сервисной автомобильной организации в рекламации «акустически дефектного» генератора. Для экспресс-оценки акустических характеристик генератора в составе автомобиля желательно располагать объективным и в тоже время недорогим методом инструментального контроля.

Из патента на полезную модель RU 63059, 6МПК G01H 17/00, публ. 10.05.2007, известно устройство инструментального акустического контроля шумовых характеристик автомобильных мостов, содержащее измерительный микрофон, изолятор корпусного шума, снабжённый установочным гнездом микрофона, и звукорегистрирующую аппаратуру – компьютер с соответствующим программным обеспечением, посредством которых производится оценка уровня шума, а также обусловленный данным устройством способ акустического контроля, заключающийся в размещении микрофона в гнезде изолятора корпусного шума, в установке изолятора, с установленным в нём микрофоном, в технологическом отверстии исследуемого узла с выступанием микрофона в полость исследуемого узла, в подключении микрофона к звукорегистрирующей аппаратуре, в последующей регистрации/записи шумовых характеристик с их дальнейшими анализом и оценкой. Инструментальный контроль акустических характеристик узла с применением выше обозначенных устройства и способа характеризуется высокой точностью и объективностью, однако требует применения достаточно габаритного и относительно дорогостоящего компьютера, а также относительно дорогостоящего специализированного программного обеспечения, позволяющих производить регистрацию и частотный анализ шумовых характеристик контролируемого узла. Кроме этого, цитируемый способ предусматривает размещение микрофона непосредственно в корпусе исследуемого изделия, опосредованное штатными технологическими отверстиями исследуемого узла и изолятором корпусного шума.

Решение по патенту RU 63059 не применимо при исследовании шума генераторов, по меньшей мере, потому, что корпуса многих из них снабжены вентиляционными проемами/окнами/патрубками, обеспечивающими принудительное вентилирование генераторов, исключающее использование микрофонов без применения специальных ветрозащитных колпаков, отсутствие которых ведёт к неизбежному искажению результатов измерений ввиду наличия аэродинамической составляющей в структуре излучаемого генератором шума.

Задачей предлагаемого изобретения было создание инструментального способа контроля исправности генератора, находящегося в составе автомобиля, на основании экспресс - оценки его акустических / шумовых характеристик.

Задача решается в способе инструментального контроля, заключающемся в размещении микрофона, в подключении микрофона к звукорегистрирующей аппаратуре, в последующей регистрации шумовой характеристики и её дальнейшей оценкой.

Задача решается тем, что:

1. Измерительный микрофон устанавливают в пределах открытого для обслуживания моторного отсека автомобиля на расстоянии 0,1-0,15 м от корпуса генератора.

2. Подключают микрофон к звукорегистрирующей аппаратуре в качестве которой используют шумомер.

3. Измеряют уровень шумового фона при неработающем двигателе исследуемого автомобиля – значение F (дБА).

4. Запускают предварительно прогретый двигатель, обеспечивают его работу в режиме холостого хода и производят измерение и регистрацию общего (фона, а также работающих двигателя и генератора) уровня шума – значение А₁ (дБА).

5. Сравнивают значения А₁ и F. В случае если результат сравнения соответствует условию (А₁ - F)≤3 (дБА) производят поиск новой испытательной площадки или предпринимают действия по снижению фонового шума на период проведения измерений.

6. В случае если результат сравнения удовлетворяет условию (А₁ - F)>3 (дБА) действия по оценке исправности генератора продолжают. При этом, если результат сравнения удовлетворяет условию (А₁ - F)≥10 (дБА) результаты измерений общего уровня шума используют без изменений; если результат сравнения удовлетворяет условию 3<(А₁ - F)<4 (дБА) результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 3 единицы; если результат сравнения удовлетворяет условию 4≤(А₁ - F)≤5 (дБА) результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 2 единицы; если результат сравнения удовлетворяет условию 6≤(А₁ - F)≤10 (дБА) результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 1 единицу. Регистрируют вычисленную величину общего уровня шума – значение А_1F.

7. Выполняют сравнение значения А_1F c величиной предельно допустимого уровня шума – значение В (дБА) – регламентированной технической документацией. Если выполнено условие А_1F≤В, то генератор классифицируют как «акустически исправный».

8. Если условие А_1F≤В не выполнено, осуществляют обесточивание обмотки возбуждения генератора, после чего производят измерение и регистрацию общего уровня шума - значение А₂ (дБА).

9. Сравнивают значения А₂ и F. Если результат сравнения удовлетворяет условию (А₂ - F)≥10 (дБА) результаты измерений общего уровня шума используют без изменений; если результат сравнения удовлетворяет условию 3<(А₂ - F)<4 (дБА) результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 3 единицы; если результат сравнения удовлетворяет условию 4≤(А₂ - F)≤5 (дБА) результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 2 единицы; если результат сравнения удовлетворяет условию 6≤(А₂ - F)≤10 (дБА) результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 1 единицу. Регистрируют вычисленную величину общего уровня шума – значение А_2F.

10. Выполняют сравнение вычисленных значений А_1F и А_2F. Если выполнено условие А_2F<(А_1F -3), то генератор классифицируют как «акустически дефектный».

11. Если условие А_2F<(А_1F -3) не выполнено, тогда осуществляют остановку двигателя, производят демонтаж ремня привода генератора, затем осуществляют повторный запуск двигателя, обеспечивают его работу в режиме холостого хода, а затем производят измерение и регистрацию общего уровня шума - значение А₃ (дБА).

12. Сравнивают значения А₃ и F. Если результат сравнения удовлетворяет условию (А₃ - F)≥10 (дБА) результаты измерений общего уровня шума используют без изменений; если результат сравнения удовлетворяет условию 3<(А₃ - F)<4 (дБА) результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 3 единицы; если результат сравнения удовлетворяет условию 4≤(А₃ - F)≤5 (дБА) результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 2 единицы; если результат сравнения удовлетворяет условию 6≤(А₃ - F)≤10 (дБА) результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 1 единицу. Регистрируют вычисленную величину общего уровня шума – значение А_3F.

13. Выполняют сравнение полученных, значений А_1F и А_3F. Если выполнено условие А_3F<(А_1F -3), то генератор классифицируют как «акустически дефектный», если выполнено условие А_3F≥(А_1F -3) генератор классифицируется как «акустически исправный».

Заявляемый способ основан на известном из практики факте, заключающемся в сопоставимости акустического шума автомобильных генераторов электрического тока с корпусным шумом двигателей внутреннего сгорания, а также на известном из теории акустики явлении, характеризующемся тем, что при выключении одного из двух источников шума с одинаковыми уровнями происходит снижение общего уровня шума на 3 дБА. Данные обстоятельства отражены фигурирующей в приведённых неравенствах цифровой величиной 3 (дБА).

Изобретение иллюстрируется чертежом Фиг.1, где схематически показано расположение измерительного микрофона, относительно исследуемого в составе автомобиля генератора.

Заявляемый способ инструментального акустического контроля, применительно к генераторам электрического тока, находящимся в составе автомобиля, может быть реализован ниже приведённой последовательностью действий:

Автомобиль (не показан), двигатель 1 которого снабжен исследуемым генератором 2 электрического тока, устанавливают в закрытом техническом помещении (не показано), оборудованном системой вытяжки выхлопных газов. Допускается проводить инструментальный контроль вне помещения, на открытой площадке (не показана) в сухую безветренную погоду при положительных температурах воздуха. Перед установкой измерительного микрофона 3 шумомера 4 в заданную, относительно генератора, контрольную точку проверяют величину натяжения приводного ремня 5, моменты затяжки резьбовых соединений крепления генератора 2 на двигателе 1, после чего запускают двигатель 1 и проверяют величину напряжения, вырабатываемого генератором 2. Упомянутые параметры должны удовлетворять требованиям, установленным регламентирующей документацией. После предварительного прогрева двигателя 1 до рабочей температуры устанавливают и фиксируют измерительный микрофон 3 шумомера 4 в контрольной точке, расположенной на расстоянии L = 0,1-0,15 м со стороны открытого капота автомобиля (не показан), в частном случае, над корпусом генератора 2. Место расположения контрольной точки определено исходя из условий формирования ближнего звукового поля и стеснённости пространства моторного отсека - на автомобилях с верхним расположением капота измерительный микрофон 3 проще установить в зоне, расположенной сверху над генератором 2.

Первый этап оценочных испытаний реализуется следующим образом: Останавливают двигатель 1, после чего измеряют и регистрируют (запоминают/записывают) уровень шума (шумовой фон) внутри используемого технического помещения или на используемой открытой площадке - значение F (дБА). Вновь запускают двигатель 1 автомобиля, обеспечивают его работу на режиме холостого хода, после чего измеряют и регистрируют величину общего (фона и силовой установки) уровня шума – значение А₁ (дБА).

Измеренную величину общего уровня шума (А₁) сравнивают с измеренной величиной уровня фона (F) при остановленном двигателе 1.

В случае если результат сравнения соответствует условию (А₁ - F)≤3 (дБА) производят поиск новой испытательной площадки или предпринимают действия по снижению фонового шума на период проведения измерений. В случае если результат сравнения удовлетворяет условию (А₁-F)>3 (дБА) действия по оценке исправности генератора продолжают. При этом если результат сравнения удовлетворяет условию (А₁ - F)≥10 (дБА) результаты измерений общего уровня шума используют без внесения изменений; если результат сравнения удовлетворяет условию 3<(А₁-F)<4 (дБА) полученные результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 3 единицы; если результат сравнения удовлетворяет условию 4≤(А₁-F)≤5 (дБА) полученные результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 2 единицы; если результат сравнения удовлетворяет условию 6≤(А₁-F)≤10 (дБА) полученные результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 1 единицу;

Примечание: - Величины корректирующих поправок, применяемых на первом этапе исследований, а также на последующих этапах, в случае их реализации в реальном процессе, регламентированы ГОСТ11929–87 «Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний. Определение уровня шума», см. п.5.4.2, табл.2.

Исчисленную упомянутым выше образом величину общего уровня шума – значение А_1F - регистрируют, после чего выполняют её сравнение c величиной предельно допустимого уровня шума – значение В (дБА), регламентированной технической/сервисной документацией (или рекомендациями специалистов в области виброакустики автомобиля) на исследуемый в составе автомобиля генератор.

Если выполнено условие А_1F ≤В, то генератор классифицируют как «акустически исправный». Если же условие А_1F ≤В не выполнено, то приступают ко второму этапу исследований.

Второй этап оценочных испытаний реализуется следующим образом:

При работающем двигателе, режим работы которого установлен на первом этапе исследований, выполняют гальваническое отключение обмотки возбуждения генератора после чего повторно измеряют и регистрируют величину общего (фона и силовой установки) уровня шума – значение А₂ (дБА).

По аналогии с первым этапом исследований, измеренную при отключённой обмотке возбуждения генератора величину общего уровня шума (А₂) сравнивают с измеренной величиной уровня фона (F) при остановленном двигателе 1 и в соответствие с ГОСТ11929–87 определяют поправки к измеренным значениям. Если результат сравнения удовлетворяет условию (А₂-F)≥10 (дБА) результаты измерений общего уровня шума используют без внесения изменений; если результат сравнения удовлетворяет условию 3<(А₂-F)<4 (дБА) полученные результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 3 единицы; если результат сравнения удовлетворяет условию 4≤(А₂-F)≤5 (дБА) полученные результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 2 единицы; если результат сравнения удовлетворяет условию 6≤(А₂-F)≤10 (дБА) полученные результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 1 единицу.

Исчисленную упомянутым выше образом величину общего уровня шума – значение А_2F - регистрируют, после чего выполняют её сравнение с исчисленной на первом этапе величиной общего уровня шума - значение А_1F.

Если результат сравнения удовлетворяет условию А_2F<(А_1F-3) (дБА), то генератор классифицируется как «акустически дефектный».

Обесточивание обмотки возбуждения генератора реализует вращение ротора генератора без выработки генератором электрической энергии (обусловленная явлениями остаточного магнетизма амплитуда вырабатываемого генератором тока много меньше амплитуды тока, вырабатываемого генератором на номинальном режиме). Данный режим обеспечивает выявление повышенного уровня магнитной составляющей излучаемого генератором шума.

Если результат сравнения удовлетворяет условию А_2F≥(А_1F-3) (дБА), то приступают ко третьему этапу исследований.

Третий этап оценочных испытаний реализуется следующим образом:

Останавливают двигатель 1, выполняют демонтаж ремня 5 привода генератора 2, затягивают резьбовые соединения крепления генератора 2 на двигателе 1 регламентированным моментом, после чего запускают двигатель 1, обеспечивают его работу на аналогичном первому этапу исследований режиме, после чего измеряют и регистрируют величину общего (фона и силовой установки) уровня шума – значение А₃ (дБА).

По аналогии с предыдущими этапами исследований, измеренную при удалённом ремне привода генератора величину общего уровня шума (А₃) сравнивают с измеренной величиной уровня фона (F) при остановленном двигателе 1 и в соответствие с ГОСТ11929–87 определяют поправки к измеренным значениям.

Если результат сравнения удовлетворяет условию (А₃-F)≥10 (дБА) результаты измерений общего уровня шума используют без внесения изменений; если результат сравнения удовлетворяет условию 3<(А₃-F)<4 (дБА) полученные результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 3 единицы; если результат сравнения удовлетворяет условию 4≤(А₃-F)≤5 (дБА) полученные результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 2 единицы; если результат сравнения удовлетворяет условию 6≤(А₃-F)≤10 (дБА) полученные результаты измерений общего уровня шума уменьшают на 1 единицу.

Исчисленную упомянутым выше образом величину общего уровня шума – значение А_3F - регистрируют, после чего выполняют её сравнение с исчисленной на первом этапе величиной общего уровня шума - значение А_1F.

Если выполнено условие А_3F<(А_1F-3) (дБА), то генератор классифицируют как «акустически дефектный»; если выполнено условие А_3F≥(А_1F-3) (дБА), то генератор классифицируют как «акустически исправный».

Демонтаж ремня 5 привода генератора 2 реализует работу двигателя 1 без вращения ротора генератора (при сохранении в составе двигателя инерционной массы и звуко отражающей поверхности генератора). Данный режим обеспечивает выявление повышенного уровня структурной и аэродинамической составляющей излучаемого генератором шума.

Величина предельно допустимого значения уровня шума В (дБА) генератора регламентирована технической/сервисной документацией на исследуемый в составе автомобиля генератор и определена на основании заблаговременно проведённых испытаний доверительной выборки автомобилей, оборудованных «акустически исправными» генераторами и двигателями.

В качестве шумомера может быть, как вариант, использован шумомер DT-805, показанный, в частности, на интернет ресурсе https://www.ecounit.ru/goods_4467.html,

информация просмотрена 03.10.2019. Данная модель содержит интегрированый в состав прибора измерительный микрофон и нередко используется уполномоченными лицами, осуществляющими проверку технического состояния транспортного средства, для контроля шума выхлопа автомобиля.

Предлагаемый способ инструментального контроля обеспечивает объективную акустическую экспресс-оценку генераторов электрического тока в составе легкового автомобиля, что, с одной стороны, исключает необоснованные претензии со стороны клиентов, а с другой стороны, защищает права потребителей автомобильной продукции.