디젤 엔진 소음은 여러 음원이 복합적으로 작용하는 소리입니다. 소음의 방사 방식에 따라 공기역학적 소음과 표면 방사 소음으로 나눌 수 있으며, 발생 메커니즘에 따라 표면 방사 소음은 연소 소음과 기계적 소음으로 세분화됩니다. 이 중 공기역학적 소음이 주된 소음원입니다.
(1) 공기역학적 소음:
공기역학적 소음은 기체의 불안정한 과정, 즉 기체의 교란 및 기체와 물체 간의 상호작용으로 인해 발생합니다. 대기 중으로 직접 방출되는 공기역학적 소음에는 흡기 소음, 배기 소음 및 냉각 팬 소음이 포함됩니다.
1. 흡기 소음:
흡기 소음은 디젤 엔진의 주요 공기역학적 소음 중 하나입니다. 이는 흡기 밸브의 주기적인 개폐로 인한 압력 변동 때문에 발생합니다. 흡기 밸브가 열리면 흡기 파이프에 압력 펄스가 발생하고, 피스톤이 계속 움직이면서 이 펄스는 감쇠됩니다. 반대로 흡기 밸브가 닫히면 일정한 지속 시간을 가진 압력 펄스가 다시 발생합니다. 이렇게 주기적인 흡기 소음이 발생합니다. 이 소음의 주파수 성분은 주로 200Hz 이하의 저주파 영역에 집중되어 있습니다. 동시에, 공기 흐름이 흡기 밸브 통로를 고속으로 통과할 때 난류가 발생하여 고주파 소음이 생성됩니다. 흡기 밸브 통로의 단면적이 끊임없이 변화하기 때문에 난류 소음은 특정 주파수 범위를 가지며, 주로 1000Hz 이상의 고주파 영역에 집중되어 있습니다. 공기 기둥의 고유 진동수가 주기적인 흡기 소음의 주요 진동수와 일치할 경우, 흡기 소음에서 공기 기둥의 공명 소음이 더욱 두드러지게 나타납니다.
터보차저가 장착된 엔진의 경우, 터보차저의 회전 속도가 일반적으로 더 높기 때문에 흡기 소음이 일반 엔진보다 훨씬 큽니다. 터보차저 소음은 블레이드가 주기적으로 공기를 가르면서 발생하는 회전 소음과 고속 공기 흐름으로 인해 발생하는 난류 소음이 합쳐져 만들어지며, 주로 500~10,000Hz의 주파수 대역에 분포하는 연속적인 고주파 소음입니다. 현재 당사에서 생산하는 대부분의 엔진은 터보차저를 사용하고 있습니다.
흡기 소음은 엔진의 흡기 방식, 흡기 밸브의 구조, 실린더 직경, 실린더 캠 형상과 관련이 있습니다. 동일한 엔진이라도 정격 출력은 회전 속도의 영향을 받으며, 회전 속도가 두 배가 되면 흡기 소음은 10~15dB(A) 증가합니다.
2. 배기 소음:
배기 소음은 엔진 소음의 주요 원인이며, 일반적으로 엔진 전체 소음보다 10~15dB(A) 정도 높습니다. 엔진 배기가스는 고온(800~1000°C) 고압(3~4기압)의 가스입니다. 배기 과정은 크게 자유 배기 단계와 강제 배기 단계의 두 단계로 나뉩니다. 엔진 배기가스는 배기 밸브에서 고속으로 분출되어 배기 매니폴드를 따라 머플러로 들어간 후, 테일 파이프를 통해 대기 중으로 배출됩니다. 이 과정에서 광대역 배기 소음이 발생합니다.
배기 소음은 복잡한 소음 성분으로 구성됩니다. 배기 주파수를 기본 주파수로 하는 배기 소음, 파이프 내 공기 기둥의 공명 소음, 배기 매니폴드에서의 공기 흐름 소음, 배기가스 분사 및 충격 소음, 실린더의 헬름홀츠 공명 소음, 카르만 와류 소음, 그리고 배기 시스템 내부의 난류 소음 등이 포함됩니다.
엔진 배기 소음에 영향을 미치는 주요 요인은 실린더 압력, 배기 밸브 직경, 엔진 배기량 및 배기 밸브의 개방 특성입니다. 동일한 엔진의 경우, 엔진 회전수와 부하가 배기 소음에 영향을 미치는 주요 요인입니다.
3. 냉각 팬 소음:
팬 소음은 회전 소음과 난류 소음으로 구성됩니다. 회전 소음은 팬 날개가 주기적으로 공기를 가르면서 발생하는 압력 맥동으로 인해 발생합니다. 날개가 지나가는 주파수는 기본 주파수이며, 여기에 고차 고조파가 더해집니다. 난류 소음은 팬의 회전으로 인해 주변 공기가 난류로 분리되면서 발생하는데, 이는 공기를 교란시키고 기체의 압축 및 팽창 과정을 유발합니다. 난류 소음은 광대역 소음입니다.
냉각 팬의 소음은 정격 속도에 영향을 받습니다. 속도를 두 배로 높이면 소음 수준이 10~15dB(A) 정도 증가할 수 있습니다. 저속에서는 팬 소음이 엔진 소음보다 훨씬 작지만, 고속에서는 팬 소음이 주요 소음원이 되는 경우가 많습니다. 현재 당사에서 사용하는 디젤 엔진은 대부분 분당 1,500회전으로 고속 디젤 엔진에 속합니다.
(II) 표면 방사 잡음:
연소 소음과 기계 소음을 엄밀하게 구분하기는 어렵습니다. 일반적으로 실린더 헤드, 피스톤-커넥팅 로드-크랭크축-엔진 본체를 통해 실린더 외부로 방출되는 소음을 연소 소음이라고 합니다. 피스톤이 실린더 라이너, 타이밍 기어, 밸브 트레인, 연료 분사 시스템 등에 충돌하면서 발생하는 소음과 이러한 움직이는 부품들 사이의 기계적 충격 진동으로 발생하는 소음을 기계 소음이라고 합니다. 일반적으로 직분사 디젤 엔진은 연소 소음이 기계 소음보다 크고, 비직분사 디젤 엔진은 기계 소음이 연소 소음보다 큽니다. 하지만 저속에서는 연소 소음이 항상 기계 소음보다 큽니다.
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게시 시간: 2026년 2월 4일