汽车通过噪声法规的颁布对汽车相关产业的影响

汽车通过噪声法规的颁布对汽车相关产业的影响叶志刚（东风汽车公司技术中心噪声振动室，十堰，442001）1．概述随着我国加入WTO，人们对汽车行业的环保工作也日益重视，特别是目前汽车行业公布了43项强检项目和标准，其对汽车排放的限值越来越严，2002年国家也颁布了GB1495－2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》标准,该标准的同时也给出了噪声限值实施的时间进度表。为了适应2002年10月1日新的汽车噪声排放限值法规，我们以发动机和基本车型为主，选定有代表性的车辆进行噪声达标检测试验。这些车型包括N1类、N2类和N3类，从对这些车辆的噪声测量中我们注意到个别车辆噪声超过其加速行驶车外噪声限值。为使这些噪声超标车辆满足GB1495－2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》标准，我们对其进行了噪声达标攻关试验，通过噪声源分解和声源识别，分别找出了各噪声超标车辆的主要声源，对噪声源采取降噪措施后其整车加速行驶车外噪声都达到了噪声限值法规要求。在整车降噪的过程中我们感觉到，整车噪声主要由发动机噪声、冷却风扇噪声、排气噪声、进气噪声等噪声源构成，且有些发动机、冷却风扇、排气消声器等生产厂家又是分散在全国各地，若要集中在一起开展降噪工作也不现实，作为这些产品的生产厂家也应加入到降低产品噪声的队伍，另外随着噪声工作的深入开展，整车噪声源的分解技术和识别精度还有待提高，测试手段和试验场地也应随之改进，以下就上述这些问题分别进行讨论。2．汽车加速行驶车外噪声与相关声源的分析2.1．汽车加速行驶车外噪声限值及测量分析控制表一为GB1495－2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》标准和1997年颁布的ECER51/02汽车加速行驶车外噪声限值。从表一中可以看出噪声限值与汽车总质量和发动机额定功率有关，在相同总质量的情况下车外噪声限值与发动机的功率有关，如N2类车在相同总质量的车，发动机额定功率以75kw为界，发动机额定功率大于75kw时车外噪声限值为86dB(A),发动机额定功率小于75kw时车外噪声限值为83dB(A)，3dB(A)的差值对于我们搞噪声控制的人来说是非常可观的，若想在基本不改变整车结构的情况下取得这样成绩的机会不多，在本次噪声达标试验中我们还是有过这么一次幸运的事。表一汽车加速行驶车外噪声限值（GB1495－2002）GB1495—2002dB（A）汽车分类2002.10.1—2004.12.30期间生产的汽车2005.1.1以后生产的汽车1997年ECER51/02dB（A）M1777474M2〔GVM≤3.5t〕，或N1〔GVM≤3.5t〕：GVM≤2t2t＜GVM≤3.5t787976777677M2〔3.5t＜GVM≤5t〕，或M3〔GVM＞5t〕：P＜150kWP≥150kW828580837880N2〔3.5t＜GVM≤12t〕，或N3〔GVM＞12t〕：P＜75kW75kW≤P＜150kWP≥150kW838688818384777880说明：a）M1，M2〔GVM≤3.5t〕和N1类汽车装用直喷式柴油机时，其限值增加1dB（A）。b）对于越野汽车，其GVM＞2t时：如果P＜150kW，其限值增加1dB（A）；如果P≥150kW，其限值增加2dB（A）。c）M1类汽车，若其变速器前进档多于四个，P＞140kW，P/GVM之比大于75kW/t，并且用第三档测试时其尾端出线的速度大于61km/h，则其限值增加1dB（A）。在我们抽查的样车里有一N2类车型的发动机额定功率为100kw/2800rpm，其加速行驶车外噪声为87.6dB(A)，超过其噪声限值86dB(A)。经声源识别该车主要噪声源为排气噪声，改进消声器结构后该车的加速行驶车外噪声降低为83.5dB(A),满足了该车型的噪声限值法规要求。另有一N2类车型的发动机额定功率为66kw/3200rpm，其加速行驶车外噪声为88.4dB(A)，超过该类车型83dB(A)噪声限值5.4dB(A)，经声源识别该车主要噪声源为发动机。控制发动机噪声就不那么容易了，这涉及到厂家是否愿意改动原产品的设计，且更换改动某产品元件的周期也很长，弄不好会影响到产品的正常生产，一般厂家是不愿在现生产发动机上进行降噪研究的。从噪声源入手控制噪声比较难时，我们就从噪声的传递路径入手，采用局部隔声罩综合降噪方式控制发动机噪声向外传递，使该试验样车的加速行驶车外噪声从88.4dB(A)降低到82.4dB(A),满足了该车型的噪声限值法规要求。还有一N3类车型的发动机额定功率为155kw/2500rpm，其加速行驶车外噪声为88.9dB(A)，超过该类车型88dB(A)噪声限值0.9dB(A)，经声源识别该车主要噪声源依次为排气噪声、发动机噪声、冷却风扇噪声。考虑到噪声处理的难易程度，我们对消声器和冷却风扇做了些工作，使该试验样车的加速行驶车外噪声从88.9dB(A)降低到86.9dB(A),满足了该车型的噪声限值法规要求。2.2发动机噪声限值及测量分析控制从整车噪声测量和声源识别中可知，在汽车加速行驶车外噪声超标车辆中以发动机噪声源为主要噪声源的占多数。从上面提供的N2、和N3两种车型的车外噪声测量数据中可以看出，这两台车的发动机额定功率相差很大，但车外噪声确相差不大，从噪声源识别可知这两车的发动机噪声所占比例都很大，这种情况在国内载重车中比较常见。表二为国标（GB14097—93）中小功率柴油机噪声限值标准，从表二中可以看出发动机功率为155kw/2500rpm对应的声功率为116dB(A)、发动机功率为66kw/3200rpm对应的声功率为114dB(A)，按照声功率的公式可表二多缸柴油机噪声功率级Lw限值dB（A）注：对直喷式柴油机噪声限值允许按表中数值相应加1dB（A）。----------中小功率柴油机噪声限值（GB14097—93）表述为Lw＝Lp+10lgS,在忽略除发动机噪声源对车外噪声影响时，根据这个公式可推算出N2、和N3这两种车型的发动机对应的加速行驶车外噪声值：发动机功率为155kw/2500rpm声功率为116dB(A)对应的7.5m声级为87.5dB(A)，发动机功率为66kw/3200rpm声功率为114dB(A)对应的7.5m声级为85.5dB(A)。按照GB1495－2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》标准第一期噪声限值来看，标定转速nb，r/min标定功率PbkWnb≤20002000＜nb≤25002500＜nb≤3000nb＞300035＜Pb≤4510911011111245＜Pb≤5511011111211355＜Pb≤7011111211311470＜Pb≤8511211311411585＜Pb≤105113114115116105＜Pb≤135114115116117135＜Pb≤175115116117118175＜Pb≤220116117118119220＜Pb≤275117118119120装功率为155kw/2500rpm声功率为116dB(A)的发动机的N3车型可满足车外噪声88dB(A)要求，但二年后即2005年1月1日该类车型的车外噪声限值为84dB(A),对应发动机的声功率也应降低4dB(A);同样装功率为66kw/3200rpm声功率为114dB(A)的发动机的N2类车型对应7.5m的声级为85.5dB(A)，不能满足车外噪声83dB(A)的要求，二年后该类车型的噪声限值为81dB(A),该类发动机的声功率也应降4.5dB(A)。由此是否可推出随着GB1495－2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》标准的更新，发动机噪声限值标准（GB14097—93）中小功率柴油机噪声限值是否也应随之修改，或推出一个车用柴油机噪声限值标准与之对应。我国中小功率柴油机型众多，但有能力有条件较系统地开展发动机噪声控制工作的厂家不多。从目前取得的发动机噪声数值来看，一般75kw以上的发动机都还能满足国标（GB14097—93）中小功率柴油机噪声限值，但装车后并不一定能够满足GB1495－2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》标准要求。从收集到的发动机噪声控制资料表明，国内较有实力的如东风康明斯柴油机厂、大连柴油机厂、朝阳柴油机厂、玉林柴油机厂已在开展发动机噪声控制研究工作。从目前所取得较好的噪声控制成果来看，功率在150kw-180kw的发动机其1米声级可控制在98dB(A)以下，其主要控制措施为复合材料的油底壳、气门室罩盖、齿轮罩盖、缸体局部隔声罩、扭转减振器等隔声减振措施。若把1米声级98dB(A)转换为声功率的话，其值声功率Lw大约为113dB(A)。2.3消声器噪声限值及测量分析控制在整车噪声测量和声源识别中也有排气噪声在汽车加速行驶车外噪声中占主要噪声源的现象发生，当然遇到这种情况的机会不多。上面提到一N2噪声攻关车型，发动机额定功率为100kw/2800rpm，其加速行驶车外噪声为87.6dB(A)，超过该类车型的噪声限值为86dB(A)。为了降低该车的加速行驶车外噪声，我们对该车进行了声源识别，确定该车的主要噪声源为排气噪声，经过台架消声器试验找出了原因，改进消声器结构后该车的加速行驶车外噪声降低为83.5dB(A),满足了该车型的噪声限值法规要求。表三为汽车行业标准QC/T631—1999《汽车排气消声器技术条件》，它按车型规定了各类车型消声器的插入损失和功率损失比限值。但有时不知什么原因使有些车型的消声器达不到该标准的要求，造成一些车辆的车外噪声超标，遇到这种情况对噪声控制人员还是比较好处理的。从我们所掌握的资料来看，国内有很多院所和企业对汽车消声器有较成熟的产品，也有很多宽频消声器、三维动态全频消声器、变频消声器等新技术可用。这次汽车通过噪声限值标准的颁布，应该是这些噪声控制行业的发展机遇。表三消声器插入损失和功率损失比限值车辆分类项目N3总质量12t载货车(重型车)M3总质量5t载客车N23.5t总质量≤12t载货车(中型车)M2总质量≤5t载客车N1总质量≤3.5t载货车(轻型车)M1总质量≤3.5t载客车(轿车)插入损失，dB（A）≥10≥20≥24≥28功率损失比%≤3≤5≤6≤8排气背压（参考值）≤13.3kPa(100mmHg)≤16.7kPa(125mmHg)≤20kPa(150mmHg)≤26.7kPa(200mmHg)----------《汽车排气消声器技术条件》QC/T631—1999从表三看到对N3类车的消声器插入损失规定大于等于10dB(A)，这应是在发动机额定工况下的值。但在发动机台架试验中有图一的现象发生，其插入损失随着发动机转速的增加而图1排气噪声插入损失随转速的变化5791113151719212350010001500200025003000r/mindB(A)1#消声器2#消声器3#消声器减小，在额定工况下其插入损失已下降至10dB(A)以下，而整车加速行驶车外噪声试验是在3／4额定转速至额定转速转速之间进行，这种消声器插入损失的衰减趋势对控制整车噪声很不利，值得研究。2.4整车噪声测试手段和噪声源的分解技术按照GB1495－2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》规定，加速行驶车外噪声是测量试验车加速过程中的最大噪声值。若被测样车的噪声超过噪声限值，则噪声控制人员非常关心在整车中是发动机噪声、冷却风扇噪声、进气噪声或排气噪声哪个噪声源占主要成份等，以便有效的控制噪声源,便加速行驶车外噪声满足噪声法规要求。为了识别噪声源，目前最有效的办法是覆盖法，消元法及频率识别法，这些手段在整车和发动机的噪声源识别中经常使用。目前车外噪声的主要测量仪器还是声级计。按照GB1495－2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》规定，加速行驶车外噪声是测量加速过程中的最大噪声值。而国外先进的检测手段则为自动检测系统，测验完成后该测量系统则根据相应的检验标准自动判别被检验车辆是否符合噪声标准。如果该车辆不符合噪声标准，则测试系统可进行加速过程