發動機排氣系統降噪及尾氣污染防治

許二豐

摘 要：隨著國家經濟的快速發展，人們的生活水平不斷提高，私家車越來越多，汽車發動機的尾氣排放污染問題以及發動機排氣系統降噪，是各界非常重視的。本文以發動機排氣系統噪聲、發動機設備噪聲現象的解決處置方法、發動機污染防治方法進行分析。

關鍵詞：發動機;排氣系統;降噪;污染防治

0 引言

隨著汽車對NVH要求不斷提高，人們不斷探索提升汽車聲音品質的方法。無論采用什么樣的方法，直接減小噪聲源還是最直接、最有效。發動機是汽車動力的來源，同時發動機的振動和噪聲也是整車NVH問題的來源之一，提升發動機的聲音水平能夠使整車噪聲水平得到一定改善。為響應國家藍天保衛戰的戰略，政府部門及各車企已越來越重視尾氣污染防治。

1 發動機排氣系統噪聲

按照發動機表面噪聲產生機理，發動機噪聲有燃燒噪聲和機械噪聲2種，它們是發動機內部燃燒和結構機械運動產生的噪聲。按照噪聲輻射的方式不同，發動機噪聲又可以分為直接大氣輻射和發動機表面向外輻射2種，發動機的排氣噪聲屬于直接大氣輻射噪聲。發動機的排氣噪聲主要包括沖擊噪聲、輻射噪聲和尾管噪聲。當發動機排氣閥開啟后，廢氣以很高的速度從氣缸內進入排氣歧管，沖擊排氣管路及部件產生噪聲，并通過排氣管向外輻射出來，最終以空氣噪聲和氣流摩擦聲從排氣尾管傳出。除排氣系統內部噪聲外，發動機排氣隔熱罩、消聲器等具有薄壁結構零件是表面輻射噪聲的來源，它們表面平且大，強度較低，容易將排氣管內氣流噪聲向外輻射出來。整個排氣過程是一個氣流復雜且不穩定的過程，每個氣缸之間存在氣流的相互影響，使得排氣噪聲的研究變得更加復雜。由于每個氣缸排氣行程是周期性的，發動機排氣噪聲的基頻與發動機點火頻率相關。發動機排氣噪聲基頻與發動機轉速有關，發動機轉速越高噪聲基頻也就越高。除了基頻成分，排氣噪聲還有頻率為基頻整數倍的高次諧波，但隨著階次增加，噪聲降低。此外，發動機排氣噪聲的大小，與發動機功率，排量，轉速，平均有效壓力以及排氣口形狀、尺寸等因素有直接關系。

2 發動機排氣噪聲的特性

2.1 基頻排氣噪聲

在排氣門周期性開啟時，燃燒后的廢氣會高速排出，剛排出的廢氣會對排氣門附近已排出的廢氣產生沖擊，致使被沖擊氣體的壓力迅速變化，從而發出低頻噪聲。這部分噪聲為低頻噪聲，且帶有周期性，它的影響會因頻率的變大而逐漸減弱。

2.2 氣柱共振噪聲

排氣門的周期性開啟會導致多個氣流柱殘留在排氣管內。在排氣管內，這些氣柱會發生共振，從而發出氣柱共振噪聲。其中排氣系統的結構尺寸、基頻噪聲以及廢氣的流速對這一部分噪聲的影響較大。當基頻噪聲與該噪聲的頻率達到一致時，氣柱共振噪聲的影響會變得很強。

2.3 排氣歧管的噪聲

目前汽車上使用的發動機多為多缸發動機，因此，同一時刻，各缸的工作行程不同，導致排氣門的開啟時刻也不同，當其中某個排氣門開啟排出廢氣時，氣體雖然會向排氣總管流動，但勢必也會有一些氣體向別的排氣門的附近流動，且氣體的流速會因曲軸的轉動而發生變化，從而帶來帶有周期性的渦流，歧管內的氣體會因渦流作用而產生高頻噪聲。

2.4 赫姆霍茲噪聲

在發動機運轉并且排氣門開啟時，排氣管和氣缸會組成一個共振體，它與赫姆霍茲共振器相似，因此會發出赫姆霍茲共振噪聲。發動機的頻率對這部分聲影響較大。這部分噪聲在單缸機上的影響較大，而在多缸機上，要比其它噪聲的影響小。

3 發動機排氣噪聲的控制

降低噪聲的方法一般有兩種，一種方法是從聲源上調整控制，以降低源頭的噪聲強度;另一種方法是在噪聲的傳播途徑上加以控制，在噪聲擴撒的過程中，減弱噪聲的強度。對于發動機來說，控制發動機的排氣噪聲也是一樣的，其一是調整發動機發出的噪聲，其二就是在排氣系統中使用消聲器，在噪聲的傳播過程中加以控制。

3.1 調整控制噪聲聲源

發動機是汽車的心臟，動力的來源，要想提高汽車的動力性，一個有效的途徑就是提高發動機的工作能力，這樣一來，勢必會增大發動機的噪聲。發動機的結構發雜，零部件較多，調整控制排氣噪聲聲源也就是調整控制發動機的結構，這樣一來，不但發動機自身的性能會受到影響，與發動機相關的各部件也會受到一定的影響，從而產生連鎖反應。因此調整控制噪聲聲源雖然有效，但技術要求很高。

3.2 使用汽車排氣消聲器

在發動機排氣系統上安裝使用消聲器，雖然會提升汽車整車的成本，也會占用汽車的一部分空間，但卻可以在保證對發動機以及與發動機相關的各部件的設計和性能影響較小的情況下，衰減發動機的排氣噪聲，因此，目前在排氣系統中加裝消聲器是控制發動機排氣噪聲的最有效的途徑。

4 發動機污染防治方法

4.1 控制汽車數量，限制行駛

在現代的道路上也可以看出，汽車的數量不斷增多，在一些早高峰或者晚高峰時候，會出現道路的大面積堵車現象，而且，相關部門也越來越檢測到，汽車尾氣對環境的影響加劇，空氣之中的有害物質已經不斷增多。針對汽車數量所帶來的問題，要想減少汽車發動機排氣，首先措施可以從污染的來源入手，控制汽車的行駛數量，減少發動機工作的數目，從而降低排氣污染物的水平。在許多的城市之中，已經采取不同的措施進行行駛汽車的限制，有的大型城市通過車牌限制，部分車牌不得進入城市的市區之中，有的城市則頒布了單雙號限行，根據車主的車牌號碼，與日期的奇數、偶數相結合，滿足要求的車輛才可以出行，不符合要求車輛出行將會采取處罰的措施，值得指出的是，有的城市領導干部以身作則，主動乘坐公共交通工具，減少公務用車，為市民出行做好了榜樣的作用。

5 結語

在構建和諧社會與現代社會的過程之中，環境與資源問題已經逐漸成為重視的問題之一，汽車發動機排氣污染程度的降低以及對耗油的減少，可以有效降低其污染物的產生，為建設環境友好型與資源節約型社會做出貢獻，為后代謀福祉。當前社會人們對生活品質要求越來越高，已不僅僅追求動力性和經濟性，NVH舒適性已逐漸被大眾重視，提升NVH性能越來越會被各車企重視。

參考文獻：

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