موتور دیزل انتشار صدا

موتور دیزل انتشار صدا – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه  مکانیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

فصل ۱۶

انتشار صدای موتور دیزل

۱۶- انتشار صدای موتور دیزل

۱۶-۱- اساس آکوستیک

موتور دیزل مانند سایر دستگاهها تغییراتی در فشار هوا ایجاد می کند. این تغییرات به صورت ارتعاشات طولی در هوا پراکنده می شوند. گوش انسان قادر است چنین ارتعاشات فشاری را به صورت صدا در یک دامنه فرکانسی تقریبا kHz ۱۶- Hz ۱۶    دریافت کند. عنصرهای صدایی با فرکانس بالا و پایین در این دامنه فرکانسی دورتر و آرام تر از صداهایی در محدوده فرکانسی kHz ۵- ۰.۵ دریافت می شوند. این حساسیت به فرکانس گوش انسان را می توان در یک منحنی ارزیابی وابسته به فرکانس نشان داد ( A– وزنی).

در فرکانس kHZ۱ گوش انسان قادر است دامنه فشار صدایی بین تقریبا ۲*۱۰^-۵  و ۲۰ Pa را بشنود (تغییرات فشاری بالای این محددوه دردناک هستند). پهنای باند دامنه وسیع شنوایی انسان مشخصه مقداری صدا (فشار) خطی را بسیار بزرگ خواهد ساخت. سطوح صدا (فشار) معمولا به صورت زیر اعمال می شود:

۱۶-۲- ازدیاد انتشار صدای موتور

قانون گذاران مرتبا محدویت های صدایی برای وسایل نقلیه و واحدهای تجهیزات مختلف ایجاد می کنند. هدف این کار قابل پیش بینی نیست، مخصوصا به این خاطر که افزایش حجم ترافیک شدیدا منجر به کاهش صدا در برخی وسایل نقلیه یا واحدهای مختلف دستگاهها شده است. آلودگی صوتی با اینکه از نظر سیاست بهداشت عمومی اجباری شده است،هنوز بین توده مردم به اندازه کافی کاهش نیافته است.

پیش نیاز کاهش صدای موتور داشتن دانش کافی در مورد منابع صداست. موتورها از طرق زیر صدا ایجاد می کنند:

• ارتعاشات سطح موتور( صدای سطح) ( سازه برد)؛

• ضربان (صدای آرئودینامیک) تولید شده سیستم های درونی، خروجی و سرمایش؛

• انتقال ارتعاشات توسط موتور به شاسی یا فونداسیون.

در اکثر موارد سطح موتور بیشترین نقش را ایفا می کند.

۱۶-۳—صدای سطح موتور

۱۶-۳-۱- تحریک سازه برد

۱۶-۳-۱-۱- مکانیزم تحریک

مکانیزم تحریک انتشار صدای سطح موتور به صورت شماتیک در شکل ۱۶-۳ نشان داده شده  است. متغیرهای لازم برای توصیف مکانیزم را می توان به صورت تابعی از فرکانس برحسب فوریه توصیف و به صورت یک طیف ارائه کرد: یک نیروی F، نیروی گاز در محفظه احتراق در این مثال، منجر به ایجاد شتاب a در سازه برد می شود. تابع انتقال T=a/F مشخصه های انتقال سازه برد موتور را توصیف می کند. شتاب a در سطح به فشار صدای P تبدیل می شود. این تابش را می توان با فاکتور تابش A= P/a توصیف کرد. لذا، گزینه های زیر برای کاهش صدا وجود دارند:

• کاهش نیروی F که سازه برد را تحریک می کند،

• کاهش انتقال سازه برد یعنی تابع انتقال T،

• کاهش تابش صوتی یعنی فاکتور تابش A.

با این وجود، به جای نیروی منفرد F، اعمال چندین نیروی دینامیک بین اجزای مختلف برای تحریک صدا در موتورهای واقعی نیز  کارآمد خواهد بود. مکانیزم های مختلف تحریک عبارتند از:

• صدای احتراق مستقیم ناشی از تحریک سازه برد دیواره های محافظ احتراق توسط نیروی گاز.

• صدای احتراق غیرمستقیم که ناشی از حرکتهای نسبی متأثر از نیروی گاز است (مکانیزم میل لنگ و انتقال چرخ دندانه دار) یا متأثر از نیروهای وابسته به بار (پمپ تزریق) و

• صدای مکانیکی ناشی از حرکتهای نسبی متأثر از نیروهای اینرسی (مکانیزم میل لنگ و دنده سوپاپ).

موتور دیزل انتشار صدا

۱۶-۳-۱-۲- صدای احتراق مستقیم

کاهش صدای احتراق مستقیم می تواند صدا را در موارد زیر کاهش دهد:

• در کل دامنه کارکرد تنفس طبیعی موتورهای دیزل تزریق مستقیم و

• دامنه هرزگرد پایین و عملکرد ترانزینت تمام موتورهای دیزل هنگامی که سرمایش شروع می شود.

بنابراین، بهینه سازی آکوستیک ترتیب احتراق باید در توسعه هر سیستم احتراق مورد تأکید قرار گیرد. منحنی فشار سیلندر برای تحریک صدای احتراق مستقیم مهم است. منحنی فشار را معمولا از دامنه زمان به دامنه فرکانس تبدیل می کنند تا از نظر آکوستیک ارزیابی شود. این امر منجر به ایجاد یک طیف در تحریک فشار سیلندر می شود. طیف تحریک به پارامترهای مختلف فشار سیلندر بستگی دارد (شکل ۱۶-۴).

۱۶-۳-۱-۳- صدای احتراق غیرمستقیم

صدای احتراق غیرمستقیم در محدوده بار کامل در موتورهای دیزل تزریق مستقیم پرسرعت سوپرشارژ وجود دارد. مثلا صدای پیستون نقش مهمی در این زمینه بازی می کند. حرکت ثانویه پیستون تحریک شوک آمیزی بین پیستون و سیلند تولید می کند، این تحریک توسط نیروی گاز در بارهای بالا تولید می شود. پیستون در یک سیلندر بسته به نقطه کارکرد موقعیت را ۲ تا ۱۰ بار در هر سیکل تغییر می دهد. از آنجا که تحریک صدا تابعی از فشار احتراق است، از آن به عنوان صدای احتراق غیرمستقیم یاد می شود ( نیروی اینرسی نیز صدا را تحریک می کند، مخصوصا در سرعتهای بالا و هنگامی که دوره هرزگردی غالب است، که به آن «صدای مکانیکی» گفته می شود).

۱۶-۳-۱-۴- صدای مکانیکی

 دنده سوپاپ، اویل پمپ، واتر پمپ و تا حد مشخصی میل لنگ و پیستون در موتور دیزلی صدای مکانیک را بر می انگیزانند.

تحریک صدا تحت تاثیر فرایندهایی که در آنها شیر بسته می شوند و (موتورهایی با تعداد سیلندر کمتر) به خاطر گشتاورهای متناوب دنده که در دنده سوپاپ رایج است به وجود می آید. صدای شیر با این حال که نسبتا ملایم است به خاطر این که تکانه اش بالاست آزاردهنده است. بر اساس مباحث ذکر شده در (۱۶-۱۷ تا ۱۶-۲۵) فرکانس طبیعی بالای دنده سوپاپ، حدفاصل بهینه دینامیک بادامک، حرکت ملایم دنده سوپاپ، میزان لقی شیر هیدرولیک و تنظیم زاویه ای (ملایم) بادامکها (توقف) در موتورهایی که اجزای هر سیلندر در آن بیش از دو دریچه دارد از جمله معیارهایی هستند که تحریک صدای ناشی از دنده سوپاپ را کاهش می دهند.

۱۶-۳-۱-۵- صدای حرکت اولیه

صدای حرکت اولیه شامل صدای پمپ تزریق، میل لنگ و دنده سوپاپ می باشد. بنابراین، صدای حرکت اولیه را می توان در حال کلی به «صدای احتراق غیرمستقیم» یا «صدای مکانیکی» تقسیم کرد.

۱۶-۳-۲- انتقال سازه برد در موتور

علاوه بر کاهش تحریک سازه برد، بهینه سازی آکوستیک ساختاری که سازه برد را انتقال می دهد برای استفاده کامل از پتانسیل موجود برای کاهش صدا اهمیت دارد. حداقل در طراحی های جدید، پتانسیل قابل استفاده برای کاهش صدا از طریق بهینه سازی ساختاری بیشتر از پتانسیل قابل استفاده از طریق کاهش تحریک صداست.

موتور دیزل انتشار صدا

۱۶-۳-۲-۱- سازه برد انتقال یافته توسط بدنه موتور و سرسیلندر

علاوه بر  نیروی انتقال و تابش صدا بدنه موتور نیز قابل توجه است؛ چرا که تجربه نشان داده است که بدنه موتور و اجزای افزودنی خود حداقل ۵۰٪ کل صدای موتور در موتورهای درون خطی را ایجاد می کنند. بنابراین، بدنه موتور (همزمان با اینکه جرم کل آن حداقل سازی و توزیع جرم آن بهینه سازی می شود) باید محکم ساخته شوند و به گونه ای باشند که تجمع مواد در فرکانس طبیعی به سمت فرکانسهای بالا سوق داشته باشند یا انتقال سازه برد را در محددوه فرکانسی ۰٫۵-۳ kHz ،که برای صدا مهم است، کاهش دهد.

۱۶-۳-۲-۲- صدای ساختار انتقال یافته توسط بخشهای افزودنی

علاوه بر اجزای انتقال دهنده نیروی بدنه موتور و سرسیلندر، بخشهای افزودنی نیز از نظر آکوستیک نقش زیادی دارند. به طور خاص، بخش های افزودنی از جنس آلومینیوم چدن میراکننده فشار معمولا مشکل آفرین هستند؛ چرا که به خاطر دلایل تولید، هزینه و وزن باید سبک و نازک باشند. شکل ۱۶-۱۲ مودهای ارتعاشی در ارتعاش طبیعی اول یک مانیفولد ورودی را نشان می دهد، که به وسیله روش عناصر محدود (FEM) محاسبه شده و به وسیله تحلیل مودال اندازه گیری شده اند. شکل ۱۶-۱۳ تابع انتقال بین مانیفولد ورودی (دو نوع: قبل و بعد از بهینه سازی) و سرسیلندر(به عنوان جزیی که اساسا مانیفولد ورودی را تحریک می کند) را نشان می دهد.

۱۶-۳-۳- تابش صدا

تابش صدا را می توان با معیارهای محصورسازی یا تولید یک «مدار کوتاه آکوستیک» کاهش داد. یک «مدار کوتاه آکوستیک» وقتی ایجاد می شود که فشار اضافی و فشار پایین صدای تولید شده توسط سطح ارتعاشی یکدیگر را کنسل کنند. بنابراین، فشار هوا دیگر در فاصله بیشتری از سطوح ارتعاش ارتعاش نمی کند و صدای قابل شناسایی دیگری در فاصله دورتر تابش می شود.

موتور دیزل انتشار صدا

۱۶-۴- صداهای آرئودینامیک موتور

۱۶-۴-۱- سیستم ورودی و خروجی

فشار در سیستم های ورودی موتور احتراق به شدت  نوسان می کند و این نوسان در سیستم های خروجی نیز حتی بیشتر هم می شود. نوسانات فشار دمپ نشده به تمام اجزای صدای موتور سرایت خواهد کرد.

۱۶-۴-۲- سیستم سرمایش

در دهه ۱۹۷۰ صدای سیستم سرمایش که توسط فن ها یا دمنده ها تولید می شود هنوز نقش مهمی دارد. هرچند تاثیر آن بر صدای کلی موتور اکنون نسبتا کمرنگ است. این تاثیر از طریق موارد زیر حاصل می شود:

۱۶-۵- کاهش صدا از طریق محصورسازی

۱۶-۵-۱- محصورسازی و موتورهای محصور

قبل از آنکه از هر نوع فرآیند دیگری برای کاهش صدا استفاده نمائیم لازم است تا سعی شود تا حد امکان از بروز هر گونه صدا در منبع اصلی جلوگیری شود. این راهکار ممکن است به این خاطر مهم باشد که ثابت شده معیارهای در منبع از معیارهای آکوستیک محصورسازی یا متناوب سازی در اجزای موتور مقرون به صرفه تر هستند. از نظر وزن و فضای ساختاری نیز معیارهای در منبع در محصورسازی باید در اولویت باشند. با این وجود، اثر معیارهای در منبع تنها به چند dB(A) محدود می شود (بخشهای ۱۶-۳ و ۱۶-۴ را ببینید).

۱۶-۵-۲- منابع صدای جزئی محصوره های کامل

صدای کلی یک موتور محصور (شکل ۱۶-۱۹) شامل صدای سطح  محصورشدگی، صدای وردوی هوای احتراق و صدای لوله خروجی می باشد. این صدا ناشی از سیستم کولر/ فن در موتورهای آب خنک یا صدای ناشی از ورودی و خروجی هوای سرمایش در موتورهای هوا خنک ترکیب می شود. برای به دست آوردن صدای کلی پایین باید معیارهای موثر در مقابل تمام این صداهای جزیی اجرا شوند.

۱۶-۵-۲-۱- صدای سطح

صدای ساختار موجود در موتور که ناشی از قاب محصورسازی است سطح محصورسازی را تحریک می کند تا ارتعاش کند و بنابراین صدا را تابش می کند. بنابراین، قاب های محصوره الاستیکی که به صورت دقیق طراحی شده باشند ارجحیت دارند. این قاب ها همچنین باید برای تمام بخشهای مجاور دیواره خروجی محصوره تهیه شوند ؛ از جمله برای نوک مهر و مومی که فضای سرد و گرم را در محصوره از هم جدا می کند.

۱۶-۵-۲-۲- صدای خروجی

صداهای ورودی و خروجی صدای خروجی نامیده می شوند. روند کاهش این صداها در موتورهای محصور مشابه کاهش صدا در موتورهای غیرمحصور می باشد (بخش ۱۶-۴-۱ را ببینید). با این وجود، در موتورهای محصور باید نتایج آکوستیک بهتری به دست آید. صداهای خروجی باید به همان اندازه ای افزایش یابند که محصورسازی هم صدای کلی را کاهش می دهند.

موتور دیزل انتشار صدا

۱۶-۵-۲-۳- صدای سرمایش موتور

علاوه بر سرمایش اساسی موتور، محدود کردن دما باید برای اجزای پلاستیکی، مهر و موم ها، v-belt ها، تعلیق های الاستیک موتور و بخشهای افزودنی دیگر مثل تناوب سازها و رگولاتورهای ولتاژ نیز در نظر گرفته شود. دمای سطح یک محصورساز صدا نیز باید پایین نگه داشته شود. دما ممکن است مخصوصا بعد از خاموش شدن بار کامل بسیار افزایش یابد. از آنجا که کاربران همیشه انتظار این امر را ندارند، ممکن است یک حفاظ لمسی برای دلایل امنیتی لازم باشد.

۱۶-۵-۳- نصب و نگهداری موتور

تقاضا برای عایق بندی کارآمد دستگاهها از صدای ساختار موتور هنگامی که موتورهای محصور به کار می روند اهمیت خاصی دارند؛ چرا که در غیر اینصورت صدای تولید شده توسط تجهیزات تا حدی افزایش می یابد که مزایای محصورسازی موتور را خنثی می کند.

۱۶-۵-۴- محصورسازی جزیی

محصوره های جزیی برای مواردی به کار می روند که اهداف آکوستیک محدودی با حداقل هزینه حاصل شود. یک مثال رایج واحدهای توان کوچکی هستند که در ساخت و سازها به کار می روند، که باید به سطح توان صدای    با خروجی الکتریکی بیش از ۲ kVA درون EU برسند. از آنجا که سطح صدای موتور دیزل اندکی از این محدوده تجاوز می کند، چند محصوره جزیی ساده می توانند ارضا الزامات مجموعه را تضمین کنند.

موتور دیزل انتشار صدا

۱۶-۶- جلوگیری از نفوذ صدای موتور

موتورهای دیزل همیشه از جمله منابع مهم صدا و حتی مهم ترین منبع صدا در وسایل نقلیه و واحدهای توانی آنها هستند. تنها در موارد نادری می توان فضای عایق بندی را به صورتی طراحی کرد که الزامات آکوستیک وسایل نقلیه یا واحدهای بدون محصورسازی موتور ( بخش ۱۶-۵) یا جلوگیری از  نفوذ صدا را تا حد مناسبی ارضاء کند. گزینه های بسیاری برای این منظور وجود دارد.

یک موتور احتراق داخلی جدا از صدای تابیده شده از سطحش و صدای آرئودینامیک آن از طریق سیستم تعلیق خود با تحریک صدای پایه  و در نتیجه دیواره های قسمت های اتصال یافته موتور، پیشران موتور و … صدا تولید می کتد. استفاده از عناصر پلاستیکی سینتیک و طبیعی موتور رایج است. عناصر بلبرینگ دمپینگ هیدرولیکی که دمپینگ بالا را در مورد رزونانس با سفتی انتقال پایین ترکیب می کنند معمولا از دیدگاه آکوستیک و ارتعاشات بهتر هستند، اما به دلیل هزینه و فضای کمتر مورد استفاده قرار می گیرد. یک روش دیگر برای کاهش انتقال صدای ساختار از طریق توقف موتور استفاده از جاذب های ارتعاش بالای سیستم تعلیق می باشد. قرار دهی مناسب قاب موتور نیز می تواند تحریک بدنه و پیشران را کاهش دهد، مثلا از طریق جنبش زمان هرز موتور ( محور خنثی گشتاور).