Малколм Тримм, руководитель группы по исследованию шумов компании Perkins, занимается тестированием дизельных двигателей на уровень шума и вибрацию, изучает причины шума с целью создания более "тихих" механизмов. В данной статье он рассказывает о мероприятиях, которые компания проводит для снижения уровня шума современных двигателей.

В начале 2006 года Европейский Союз принял вторую часть Директивы 2000/14/EC, согласно которой изготовители оборудования должны вдвое снизить уровень шума выпускаемой продукции.

Поскольку при выключении машины шум обычно прекращается, следует логический вывод, что его источником является двигатель. В действительности это не так — существует много различных компонентов, являющихся источниками шума, и двигатель (вопреки распространенному мнению) не самый главный из них. Источником шума могут быть гидравлика, корпус, выхлопная система, вентилятор и т. д., хотя двигатель, разумеется, тоже является таким источником. Очевидно, что любая работа, направленная на понижение уровня шума, приведет к появлению более "тихих" механизмов. И это крайне необходимо, так как применение звукоизоляционных материалов — дорогостоящее мероприятие (более 100 евро за снижение на 1 дБА), а с уменьшением размеров двигателя использование такого звукоизоляционного материала становится проблематичным.

Новые стандарты требуют понижения уровня звукового давления на современной технике на 3 дБА, или снижения шума на 50%, и это становится необходимым условием для всего оборудования. Например, некоторые из новых двигателей Perkins стали "тише" своих предшественников на 5 дБА — это значит, что они способны снизить общий уровень звукового давления оборудования на 1…2 дБА.

Уровень шума можно измерить и привести в соответствие со стандартами, но существует еще и субъективный фактор — это качество шума. Характеристики шума напрямую связаны с тем, как звучит двигатель при запуске и на холостом ходу. Когда включается зажигание и машина заводится тихо, не выделяя при этом дыма, покупателя это, естественно, привлекает. Но если этот процесс сопровождается облаком черного дыма и "ревом" дизельного двигателя, он, вероятнее всего, откажется от покупки такой техники.

Справедливость этого факта доказывает и проведенное исследование. OEM-производителям оборудования (Original Engine Manufacturers) было предложено расположить по степени важности характеристики работы двигателей. Из 31 позиции на первом месте оказалась надежность, а такая характеристика, как уровень вредных выбросов с отработавшими газами, — на 24-м месте, в то время как шум и вибрация заняли 5-е место. Из этого можно сделать вывод, что проблемой шума надо заниматься еще на ранних этапах разработки конструкции механизма, чтобы избежать трудностей на последующих стадиях. Именно такова стратегия компании Perkins: повышать уровень соответствия экологическим стандартам, в первую очередь, за счет выявления основной причины шума.

Так, 6-цилиндровые двигатели серии 1100D, соответствующие стандарту Tier3/Stage IIIА, имеют ряд усовершенствований, которые должны снизить уровень шума собственно двигателя. Например, поддон картера признан существенным источником шума из-за своего большого размера и легкого веса. Изначально он производил примерно 25% всего шума, теперь этот показатель уменьшился до 5% — в результате общее сокращение уровня шума составило 1,6 дБА. За счет уменьшения передачи шума от блока двигателя к поддону (в результате применения звукоизолирующих технологий) был снижен не только общий шумовой фон, но и частотные составляющие шума.

Известно, что система шестерен также является источником механического шума. Компания Perkins решила и эту проблему, применив технологию 6 Sigma. Под крышкой картера расположены 4 шестерни — распределительного вала, привода топливного насоса, коленвала, а также промежуточная шестерня. Колебания зазора между зубьями шестерен могут существенно влиять на образование шума. Проведенный анализ колебаний зазора шестерен позволил найти их оптимальное положение. Возможности проекта 6 Sigma помогли быстро добиться нужного результата. Благодаря усовершенствованию уровень шума сократился еще на 1,5 дБА при максимальной нагрузке.

На машинах меньших размеров сложнее добиться таких результатов, но и здесь были проведены определенные мероприятия. На двигателях серии 400D удалось сократить уровень шума на 3 дБА, а если установить нестандартный малошумный вентилятор, то можно будет снизить еще на 2 дБА. Это значительные цифры, если учитывать, что двигатели небольшого размера часто используются в закрытых помещениях, где сильный шум опасен как для оператора, так и для всех, кто находится в непосредственной близости.

В связи с ужесточением стандартов Евросоюза по уровню шума, подход к этой проблеме должен быть целостным. Это значит, что, работая с источниками шума, нужно рассматривать не каждую деталь отдельно, а всю систему в целом, так как изменения в одной части механизма могут повлечь за собой серьезные изменения в другой части. Например, чтобы сделать менее шумной работу системы охлаждения, можно оптимизировать конструкцию защитного кожуха, снизить обороты вентилятора (или использовать его более эффективную модель). Можно также изменить конструкцию вентиляционной решетки, использовать звукоизоляционные материалы. Любое из этих усовершенствований может серьезно повлиять на конструкцию двигателя в целом и даже отложить его выпуск, если не будет найдено оптимальное решение.

Но прежде чем вкладывать средства в какой либо проект по шумоглушению, крайне важно понять саму природу образования шума. Например, нет смысла применять звукоизоляционный материал под капотом, если основной причиной шума является выхлопная система. В этом случае очень важно выявить источник образования шума.

В качестве примера можно привести случай, когда покупателя не устраивал высокий уровень шума в кабине машины, причем его звучание было весьма неприятно для слуха. В результате замеров было обнаружено, что уровень шума в кабине превышал установленную норму. При выключении двигателя шум прекращался. Но, как было замечено выше, это не значило, что источником шума был именно двигатель. Чтобы выявить причину, надо было проверить каждый компонент механизма. В данном случае проблема возникала на малых оборотах холостого хода — следовательно, можно сразу исключить коробку передач и гидравлику.

Акустические исследования качества шума показали, что причина может быть в системе впуска или выпуска. В связи с этим был проведен специальный тест: выпускную систему соединили с помощью гибкой трубки с коллектором и отвели от двигателя. В результате этого общий уровень звукового давления снизился на 9 дБА. Чтобы убедиться, что источником шума была именно система выпуска, провели аналогичный тест, но уже на системе впуска — результаты изменений не показали.

Стало понятно, что причина была в системе выпуска. Однако оставалось неясным, как передавался звук — по воздуху или другим способом. По этой причине вернулись к базовой компоновке системы выпуска, включая глушитель, а затем провели тот же тест, но уже через отверстие глушителя, исключив тем самым возможность распространения шума по воздуху, но сохранив возможность его передачи через элементы конструкции. Было обнаружено, что уровень шума остался таким же, как и при проведении первого теста, когда выпускная система была соединена непосредственно с коллектором. Из этого следовало, что причиной шума было расположение выхлопной трубы, при работе которой создавался резонанс через стекло, и далее этот шум передавался по воздуху в кабину.

Это простое, но последовательное исследование позволило выявить источник шума. Для решения проблемы было предложено несколько вариантов, включая повышение прочности корпуса кабины, установку более толстых стекол и перенос выхлопной трубы.

Данный пример показывает, насколько важно уделять внимание проблеме устранения шума еще на стадии разработки машины. В экономическом плане это также более выгодно, чем предпринимать исправительные меры на заключительном этапе производства.