汽車內(nèi)燃機排氣噪聲分析

劉長生

摘 要：當(dāng)前世界最主要的危害是大氣污染和水污染。然而，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，噪聲污染成為世界三大危害之一，從而被人們廣泛關(guān)注。內(nèi)燃機噪聲是交通運輸設(shè)備產(chǎn)生的，其最主要的表現(xiàn)形式為燃燒噪聲和排氣噪聲。因此，內(nèi)燃機生產(chǎn)企業(yè)、研發(fā)機構(gòu)需要不斷研究排氣噪聲的形成原理，找出主要的影響因素，從根本上找到解決途徑，實施一系列的解決措施，從而降低排氣噪聲的污染。

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機；污染；排氣噪聲

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.063

隨著科技和經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對生活品質(zhì)的要求越來越高，隨之而來的污染問題也給我們造成了較大的危害和影響，特別是汽車工業(yè)的發(fā)展，帶了的不僅是大氣污染，同時噪聲污染也越來越得到政府和人們的關(guān)注。因此，提升科技水平，減少內(nèi)燃機在工作過程中的噪音、提高汽車隔音效果，降低噪音向外傳遞，提高人們的生活舒適性，便具有重要的工程意義。

1 汽車內(nèi)燃機排氣噪聲的現(xiàn)狀

人們對內(nèi)燃機的效率問題越來越關(guān)注，汽車企業(yè)逐步提高內(nèi)燃機的效率，提高內(nèi)燃機中科技含量。我國逐步改進汽車行業(yè)的能源動力問題，積極引進新能源技術(shù)，逐漸取代內(nèi)燃機作為汽車用動力設(shè)備，從而減少內(nèi)燃機的使用數(shù)量，因此減少噪聲來源，同時滿足社會的低碳要求。與我生活密切相關(guān)也是接觸最多的是小轎車和卡車，從噪音角度來說，小轎車產(chǎn)生的影響較小，卡車產(chǎn)生的影響較大。作為卡車動力，柴油內(nèi)燃機和燃?xì)鈨?nèi)燃機需要由強勁的動力性和爆發(fā)力，即所謂的動力性能強勁，但隨之而來的噪聲—排氣噪聲也是讓人們聞而生畏。

2 汽車內(nèi)燃機排氣噪聲的來源

內(nèi)燃機排氣噪聲主要包括排氣系統(tǒng)的管道噪聲、消聲器外殼機械震動引起的噪聲及排氣口輻射的噪聲等，來源于內(nèi)燃機內(nèi)的所有零件。我們需要了解噪聲的主要產(chǎn)生原理，從而降低噪聲的排放，減少機械的震動和摩擦。

首先，內(nèi)燃機排氣具有一定的周期性，廢氣氣流（發(fā)動機燃燒后產(chǎn)生氣體流動），最終通過排氣門排出。在排氣過程中，廢氣氣流在排氣門處也具有周期性變化，因而產(chǎn)生較大的噪音。內(nèi)燃機排氣門位置和氣門間隙對噪聲的產(chǎn)生具有很大的影響。

其次，高速、高壓的排氣氣流通過排氣門及排氣口時也會造成一定的聲音，流經(jīng)氣門桿時還會發(fā)生脫流現(xiàn)象，排氣氣流在排氣管中流動時會與管壁摩擦，同樣產(chǎn)生較大的聲音，這都是造成噪音的主要原理。

最后，亥姆霍茲共振噪聲是引起汽車內(nèi)燃機噪聲的主要原理組成，他的共振頻率參數(shù)主要由空腔體積、管道的截面積及長度組成。當(dāng)排氣門打開時，氣缸與排氣管道形成一個完整的亥姆霍茲空腔，從而引發(fā)了一系列噪聲，提升了燃燒的負(fù)荷，影響了排氣噪聲的頻率特性。

3 汽車內(nèi)燃機排氣噪聲的主要影響因素

汽車內(nèi)燃機排氣噪聲主要的影響因素包括很多方面，包括發(fā)動機的轉(zhuǎn)速高低、負(fù)荷大小等。第一，內(nèi)燃機低轉(zhuǎn)速小負(fù)荷工作時，則降低了所有工作過程，減小了噪聲排放，減少了聲壓的提升速率。在每一個工作循環(huán)過程中，如果保持燃料的消耗量和空氣的進入量不變，那么降低轉(zhuǎn)速后，噪聲頻率會變得密集，頻率也會逐漸向低頻方向轉(zhuǎn)移。第二，在柴油機中，如果保持轉(zhuǎn)速不變，那么排氣噪聲隨著功率的減小而減小，與循環(huán)中進入的空氣量無關(guān)，同內(nèi)燃機的負(fù)荷無關(guān)，而與消耗的燃料量相關(guān)。在汽油機每一個循環(huán)中，功率降低則其吸入的燃油量和空氣量也會隨之降低，從而排氣噪聲減少。第三，當(dāng)內(nèi)燃機的排氣量減少時，排氣噪聲也會隨之減少和降低，而他的排氣量每增加一倍，大約增加七分貝的排氣噪聲。第四，有的內(nèi)燃機會采用渦輪增壓的方法降低排氣噪聲，原因是增壓后使得功率增加而燃油消耗不變。因此，在同等負(fù)荷下，需要的燃油量降低，從而減少噪音排放。

4 汽車內(nèi)燃機排氣噪聲的控制

4.1 降低排氣噪聲源頭

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，排氣噪聲的影響因素有很多，內(nèi)燃機企業(yè)應(yīng)當(dāng)從源頭上解決噪聲的產(chǎn)生情況，圍繞著活塞與缸壁發(fā)現(xiàn)其相對運動的產(chǎn)生條件，想出一些積極的解決措施。企業(yè)可以就活塞方面做出一定的調(diào)整，適當(dāng)?shù)販p少活塞與氣缸壁之間的間隙，降低摩擦阻力。還可以將活塞的銷孔偏移向主推力方向，使活塞在上止點接觸面轉(zhuǎn)變的時間和氣缸壓力增加的時間相錯開；將活塞的高度得以適當(dāng)?shù)卦黾?，減少活塞環(huán)的個數(shù)，可以有效地降低活塞的溫度，從而解決整個系統(tǒng)的剛度問題，提供良好的潤滑條件，降低噪聲的污染。內(nèi)燃機企業(yè)可以在調(diào)節(jié)氣缸壓力方面實施有效策略，噪聲的大小與燃燒室的結(jié)構(gòu)、供油系統(tǒng)的參數(shù)和噴油規(guī)律及燃料的具體特征相關(guān)，選擇好以上參數(shù)，可以改變混合氣的混合形式，降低氣缸壓力的升高頻率，減少燃燒噪聲的產(chǎn)生。

4.2 限制排氣噪聲傳播途徑

近年來，我國對排氣噪聲傳播途徑的研究越來越多，發(fā)現(xiàn)其主要由消聲材料和排氣消聲技術(shù)組成。現(xiàn)在消聲材料應(yīng)用最廣的是不銹鋼板和鋁板，而復(fù)合阻尼材料是現(xiàn)在發(fā)展最迅速的材料之一，它有效地保障了內(nèi)燃機的機械性能，吸收了不同頻率的噪聲。同時，排氣消聲技術(shù)最主要體現(xiàn)便是消聲器和浮筏減震設(shè)備。消聲器是降低空氣噪聲的有效措施，主要分為阻性、損耗、抗性及擴散消聲器，有效地提高了聲音的頻率，增強了他們對聲音的選擇性，嚴(yán)格控制了排氣噪聲的排放量，提高消聲器的消音特性。浮筏減振設(shè)備主要用于動力設(shè)備的減震降噪，有效地控制了主機系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)的機械振動情況，從而減少輻射噪聲的產(chǎn)生。

5 結(jié)束語

當(dāng)前，我國越來越重視汽車內(nèi)燃機排氣噪聲帶來的影響，提出了一系列改進措施。汽車企業(yè)從源頭發(fā)現(xiàn)內(nèi)燃機排氣噪聲的產(chǎn)生原理，分析出其主要的產(chǎn)生原因，找尋到排氣噪聲的主要影響因素，從而從根本上對內(nèi)燃機構(gòu)造進行改善，制定一系列的解決措施。社會在不斷地發(fā)展，汽車企業(yè)應(yīng)不斷研究和改進內(nèi)燃機的組成和構(gòu)造，提升排氣消聲技術(shù)的發(fā)展，為我們的美好生活奠定良好的基礎(chǔ)。

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