Motorlarda gürültü, her silindirden yanma, piston vurması, yataklara oturtulan parçaların çarpması, zamanlama mekanizmasından ve yakıt püskürtme pompası ile enjektöründen kaynaklanan çarpmalar gibi gürültü kaynakları olarak yayılmaktadır. Sadece yanmadan kaynaklanan gürültüyü ölçmek için, motoru, zamanlamanın ekstrem koşulları altında ve düşük setan sayılı yakıtları kullanarak çalıştırmak gerekmektedir. Çünkü bu durumda yanmadan kaynaklanan gürültü ağır basmaktadır. Mekanik gürültü seviyesi düşük olduğu motorlarda, yanma uyarısının mekanik gürültüden 10 dB kadar daha çok ses gürültüsü yaydığı durumlar tespit edilebilmekte. Bu durumlarda yapı karşılığını, motordan 1 metre uzaklıktaki silindir basıncı spektrumu ve ses basıncı spektrumu arasında sağlanan ses azaltılması açısından açıklanabilmekte (Şekil 3.13.) [18]. Aslında, ’’yapı azaltması’’, işitilebilir frekans aralığında, silindir basıncı ve ses basıncı arasındaki transfer fonksiyonunun modülünün tanımlanmasını sağlayan desibel rakamlar serisidir. Alternatif olarak, aynı motor özellikleri, işitilebilir frekans aralığında, her frekansta 1 kPa silindir basınç için motordan 1 metre uzaklıktaki ses basıncının seviyesini veren ’’yapı karşılığı’’ tarafından tarif edilebilmekte. Bu, motordan 1 metre uzaklıkta, silindir basıncı ve ses basıncı arasındaki transfer hareketliliğin modülünün tanımlanmasıdır. 1973’te ölçülmüş olan, bir grup motorların ortalama yapı cevabı Şekil 3.14’te ’’SA1’’ olarak verilmiştir.
Aynı zamanda, 1984/85’ te ölçülmüş olan, dört motorun asıl ortalama cevabı da Şekil 3.14’te verilmiştir. “Ortlama Serbest Alan Cevap’’ olarak bilinen düzeltilmiş ortalama cevapta bu grafikte verilmiştir. Bu iki eğri arasında büyük benzerlik vardır. ’’SA1’’ – 7 dB ortalama serbest alan cevabına çok yakın yaklaştırmadır. On yıllık gelişmeler sonucu, motor yapısındaki çalışmalar esnasında 7 dB(A)’lık değişme elde edilmiştir.
Farklı üreticilerin yaptığı motorlar arasındaki yapı karşılığı benzerliği, bu motorların yapı karakteristiklerinden bağımsız olarak, onların yanma sistemlerinin gürültü yaratma meyilinin karşılaştırılmasına imkan sağlamaktadır.
Şekil 3.13. Yapı cevabı (1 kPa silindir basıncı için dB olarak ses seviyesi ) = 154 dB – yapı hafifletmesi (azaltması) [18]
Mevcut olan aletlere bağlı olarak, bu iki şekilde yapılabilir:
yanma gürültüsü ölçümlerinin son aşamalarında ölçülmüş yapı azaltmasının yerine ortalama serbest alan cevabı fonksiyonunun yerleştirilmesi,
“yanma gürültü metresi’’ kullanarak uygun şekilde yerleştirilmiş ölçücü ile yanma gürültüsünün direk ölçülmesi.
Lucas Industries Noise Centre tarafından yanma gürültüsünün ölçülmesi için alternatif yöntem bulunmuştur. Bu metoda göre ortalama serbest alan cevabı kullanarak yanma gürültüsü direk silindir basıncı sinyalleri yardımıyla ölçülmektedir. Uygun sinyal koşulları, filtreleme ve ölçme kapasitesini sağlayan ’’Yanma gürültüsü sayacı’’ yapılmıştır. Bu alet özellikle kolay kullana bilinecek şekilde ayarlanmıştır. Yanmadan sonraki silindir basıncı artışının maksimum oranının ölçülmesinde farklı alternatifler vardır. Silindir basıncı artışının bu karakteristiği, doğal emişli dizel motorlarında en önemli faktördür. Turboşarj uygulandığında diğer karakteristikler de önem kazanmaktadır. Şekil 3.15’te, yukarıda belirtilmiş olan yöntemle ölçülen, yanma gürültüsü silindir basıncının artışının maksimum oranına bağlı olarak gösterilmiştir. Bütün noktalardan geçen tek bir eğri çizilebilmekte, ama bu durumda bazı noktalar bu eğriden 4 dB(A) kadar uzak kalmaktadır. Doğal emişli motorlar için bu şekilde daha iyi bir bağlantı olduğu görülmektedir. Fakir yanmalı kıvılcım ateşlemeli sistemler dizel motorlarına yakın basınç artış oranları göstermekte, dolayısıyla, bu sistemler hafif yük ve düşük hız durumlarında motor gürültüsüne önemli katkıda bulunmaktadır.
Şekil 3.15’te gördüğümüz gibi deneyler sonucu ölçülen yanma gürültüsü, silindir basıncının artışının maksimum oranına bağlı olarak gösterilmiştir. Bütün noktalardan geçen tek bir doğru çizelim. Elde edilen sonuç Şekil 3.16’da gösterilmiştir.
Şekil 3.16. Gürültü ve maksimum basınç gradyanı arasındaki korelasyon
Elde ettiğimiz doğruya göre gürültüyü maksimum basınç gradyanına bağlayan formül Excel programı yardımıyla elde edilmiştir. Bu formül de aşağıda verilmiştir. Gürültü = 87 + 0,85.(dp/d) ( 3.1 ) Bu formülden yararlanarak hesaplarımızda basınç gradyanı değerlerine tekabül eden gürültüyü bulabiliriz. Formülle alakalı ayrıntılar Bölüm 5’te verilmiştir. Yalnız bu formüldeki basınç artışı zamana bağlı olarak verilmiştir. Bizim hesaplarda ise basınç artışını krank mili açısına göre verilecektir. Bunun için zamandan krank mili açısı derecelerine geçmek için bazı matematik işlemler yapmamız gerekmektedir. Deneydeki ölçümler Mpa/ms olarak n=2000d/dak’da yapılmıştır. Zamanı krank mili açısına bağlayan denklem:
n 6
( 3.2. )
Burada - 1 msan olarak zaman, - oKMA olarak krank mili açısı, n ise devir sayısıdır. Bu formülden yararlanarak 1 oKMA’nın 12 ms’ye tekabül ettiğini bulduk. Silindir basıncı – silindir basıncının artışının maksimum oranı bağlantısına göre, yanma gürültüsü ile ısı açığa çıkış oranının pikinin karşılaştırılması çeşitli dizel
Gürültü ve Maksimum Basınç Gradyanı Arasında Korelasyon (Tam yük, 2000 d/d) y = 0,8473x + 87,104 80 85 90 95 100 105 110 0 5 10 15 20 25
Maksimum Basınç Gradyanı, MPa/ms
Y n m a G ür ül tü sü , d B (A )
Gürültü ve Maksimum Basınç Gradyanı Arasında Korelasyon (Tam yük, 2000 d/d) y = 0,8473x + 87,104 80 85 90 95 100 105 110 0 5 10 15 20 25
Maksimum Basınç Gradyanı, MPa/ms
Y n m a G ür ül tü sü , d B (A )
motorları için daha iyi korelasyon göstermekte. Şekil 3.17’deki datalar pilot püskürtme sistemi içeren ve içermeyen doğal emişli direk püskürtmeli yanma sistemlerinin, yüksek hızlı direk püskürtmeli yanma sistemlerinin verilerini kapsamaktadır. Isı açığa çıkış oranına her karşı gelen yanma gürültü seviyesinin değişimi dataların orta noktası etrafında10 dB(A)’ya kadar artış göstermekte. Silindir basıncının pikini etkileyen, ısı açığa çıkış oranı diyagramının başlangıç şekli Şekil 3.17’de gösterilmiştir [18].
Şekil 3.17. Yanma gürültüsünün ortalama ısı açığa çıkış değerinin pikine bağımlılığı