活塞式內燃機汽車噪聲控制技術研究

李立堯

摘要：隨著我國經濟的持續穩定增長，汽車的使用越來越普遍，但汽車的設計、制造、使用、維護等過程還存在不少問題。如汽車噪聲不僅影響乘用人員的舒適度，也會對環境產生污染。活塞式內燃機作為現代常見的汽車種類之一，其噪聲控制也成為相關行業發展中亟待解決的問題。本文就活塞式內燃機汽車噪聲控制技術展開論述，闡述活塞式內燃機汽車噪聲種類及特征、控制要求與評價，并提出活塞式內燃機汽車噪聲控制方法，帶動相關行業發展。

Abstract： With the sustained and stable growth of China's economy， the use of cars is becoming more and more common， but there are still many problems in the process of car design， manufacturing， use， maintenance and so on. For example， automobile noise not only affects the comfort of passengers， but also pollutes the environment. As one of the most common kinds of modern automobiles， the noise control of piston internal combustion engine has become an urgent problem to be solved in the development of related industries. In this paper， the noise control technology of piston-type internal-combustion engine vehicles is discussed， the noise types， characteristics， control requirements and evaluation of the piston-type internal-combustion engine vehicles are expounded， and the noise control method of the piston-type internal-combustion engine vehicles is proposed to drive the development of related industries.

關鍵詞：活塞式內燃機汽車;噪聲;控制

Key words： piston type internal combustion engine automobile;noise;control

中圖分類號：U467.493? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?; ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）24-0021-02

1? 活塞式內燃機汽車噪聲種類及特征

活塞式內燃機汽車是一種新型的汽車，其凝聚了先進的生產技術，但在運行過程中產生了噪音，對行車者正常行車有很大影響。由于活塞式內燃機汽車結構的原因，其噪音的種類多樣，其中包括以下幾種噪聲：第一，活塞式內燃機汽車在運行過程中內部燃料氧化或者能源轉換時產生的噪聲;第二，部分活塞式汽車設計不合理，主要為車體結構問題，部分汽車結構不合理，外觀設計也不符合相應的設計標準，導致運行過程中各個構件之間產生摩擦，進而產生噪聲;第三，汽車電器設備產生的各種噪音，如車載交/直流發電機噪聲、起動機噪聲、發動機冷卻系電動風扇噪聲等;第四，汽車運行過程中底盤產生的噪音，主要由于各個構件之間的相互作用，其中主要為傳動噪聲;此外，活塞式內燃機作為大多數汽車的動力來源，其本身發動過程中就會產生一定噪聲，主要由于其本體噪聲和進氣噪聲組成，噪聲強度比較高。相關行業在汽車制造過程中要將降噪放到首位，減少內燃機的振動以及降低整車對振動的響應，從根本上降低噪音。最后，活塞式內燃機汽車長時間行駛過程中因速度變化不均勻容易產生胎噪，即輪胎與地面長時間摩擦引起的噪聲，這種情況下空氣被壓縮在兩者的空隙中，車輛行駛時只要輪胎離開地面就會產生類似氣泵的噪聲。

2? 活塞式內燃機汽車噪聲控制要求

歐盟是最早利用活塞式內燃機作汽車動力的國家，早在上個世紀七十年代，其就對汽車制造做出了明確的規定，其中規定客車的外部噪聲不得高于七十一分貝;美國部分地區也對汽車制造過程中的噪聲提出了明確的要求，其法規中提到小型汽車的噪聲不得高于七十五分貝。本世紀初，我國汽車制造業取得了良好的發展，吸取其他國家的經驗，進一步要求汽車噪聲控制要求，并提出大客車的噪聲必須低于八十二分貝，對于一些載貨量不大的汽車，噪聲不得超過八十三點五分貝。相比于歐盟以及美國，我國的汽車噪聲控制技術方面還有待提升。

3? 活塞式內燃機汽車噪聲評價

控制噪聲的最好方法是科學評價后“對癥下藥”。目前來看，噪聲評價方式主要有兩種，即客觀與主觀評價法。從主觀評價角度來看，評價主要從汽車舒適性、響度、運行情況等方面測評，主要測評方式為語義微分法。從客觀評價的角度來看，應用的裝置主要為PCNM噪聲測量裝置，將其置于車身內部和外部，通過該設備顯示的數據分析汽車噪聲，進而進行科學的評價。在此過程中，引入邊界元法和有限元法也能更加科學地評價噪聲。

4? 活塞式內燃機汽車噪聲控制技術

要想進一步優化活塞式內燃機汽車噪聲控制方法，就必須找到引起噪聲的原因，對癥下藥。本文重點探究活塞式內燃機汽車噪聲控制技術，并針對不同技術提出具體的優化方案。客觀來講，從噪聲的源頭控制噪聲能夠達到事半功倍的效果，主要方法為增加隔音措施阻斷噪聲傳播路徑或者更換構件減少設備之間的摩擦等。總體來看，從噪聲源頭進行控制才能從根本上消除噪聲，這也是最為有效的噪聲控制方法，具體措施有兩點，第一，優化汽車結構，主要從振源進行優化;第二，從聲源出來，優化內燃機結構，減少內燃機自身的噪聲。對于部分不可控制的噪音，可以轉變控制思路，采用隔音、吸聲等措施，極大程度上降低噪音，以下從五個方面展開論述：

4.1 內燃機本體振動噪聲控制

活塞式內燃機作為一種動力源泉，其在運行過程中本體會產生一定噪音。目前來看，汽車噪聲控制的主要任務為內燃機噪聲控制。從內燃機工作情況來看，其主要依靠燃料實現能源轉化，進而維持機器正常運作。深度剖析其工作原理，其主要為化學能向電能轉化，在電力的推動下產生活塞連桿運動，進而帶動機械齒輪運作，這種情況下會產生噪音，加之部分配氣結構敲擊等機械運動均會產生噪聲。

4.1.1 發動機噪聲控制

現階段汽車制造過程中要加強對內燃機本體噪聲的控制，這種情況下要從噪聲的產生路徑來控制，進一步降低噪聲，主要從兩個方向入手：

第一，改進振源。

目前來看，振源改進為降低噪音的有效方法，這種情況下可采取有限元法進行控制，該方法能夠比較準確地計算出燃料燃燒產生的熱能，根據系統參數變化改變能源供給方式，使內燃機燃料燃燒工作過程更加柔和，實現能源的高效控制，避免內燃機本體產生噪音。其次，振源控制還可以以提高油底殼等部件的剛度為準，為了達到更好的振控效果，可架設加強筋，這種情況下能夠避免內燃機內部零件運行過程中在強壓力的作用下產生變形。此外，振源控制還可從減小活塞式內燃機氣缸本體和汽缸蓋之間的間隙入手，可以通過緊配合或過盈配合的手段實現，從根本上降低噪聲的激振力。

第二，改進聲源。

改進聲源也是降低內燃機噪音的有效方法，改進聲源的方式有很多，一般方式為在噪聲產生源上鋪設隔音材料，常用的隔音材料為阻尼材料，該材料能夠分散噪音，使聲源與缸體結合成一體，進而實現動能向熱能的轉化，從根本上降低振動產生的能量。因結構不同，阻尼材料也有多種類型，依據阻尼結構分為自由阻尼層、約束阻尼層、間隔阻尼層、間隔自由阻尼等多種結構。相比于傳統阻尼結構，采用結構型阻尼材料的降噪效果更為明顯，能夠明顯地減少氣缸各個零件共振的幅度。此外，從時間這個角度來看，聲源改進過程中應用阻尼結構能夠縮短氣缸的振動周期，能夠從根本上降低噪聲。

4.1.2 進氣噪聲控制

進氣噪聲也是內燃機本體常見噪聲之一，該噪聲主要由空氣引起，進入內燃機的空氣受汽車內部運行的影響產生動力，進而出現噪聲。活塞式內燃機運行需要借助空氣，考慮到活塞式內燃機所需的空氣量隨轉速提升不斷增大，故可以判斷活塞式內燃機進氣噪聲大小與內燃機本體工作過程中的轉速有極大關系，且轉速越大，噪聲越大。常見的進氣噪聲有渦流噪聲、周期性脈動壓力噪聲、氣缸的共振噪聲等，針對這些噪聲的控制，可以使用消聲器控制。消聲器種類也有很多，在實際應用過程中要根據噪聲的特征選擇合適的控制方式。

4.2 內燃機汽車底盤噪聲控制

活塞式內燃機汽車運行過程中底盤的噪聲也非常大，從其聲源來看，主要為排氣噪聲引起，其主要由于氣流經過氣門座產生，這個情況下產生的噪聲種類很多，包括渦流噪聲、排氣壓力的脈沖噪聲等。調查發現，針對這部分噪聲，采取邊界元法或者有限元法都能有效控制噪聲，但現階段我國在這兩種方法應用方面還不是很成熟，很多技術有待完善。從另一個角度來看，減少活塞式汽車自身運行過程中產生的噪聲或者其車身與消聲器之間的耦合作用能夠減弱噪聲，這種情況就要進一步提升車的動力性，降低排氣背壓為一種行之有效的方法。在此過程中汽車設計人員要根據實際情況設計排氣管，還要適當增加其直徑，使氣體順利排出。研究發現，改變消聲器連接方式，即采用并連式連接方式能夠提升汽車的動力性，這種情況下也能從一定程度上降低氣流的噪聲。此外，由排氣振動產生的噪聲，可以轉化活塞式內燃機連接方式，采用軟管連接活塞式內燃機和消聲器，能夠降低排氣噪聲。

4.3 內燃機汽車電器噪聲控制

4.3.1 冷卻風扇噪聲

活塞式內燃機汽車底盤賦有冷卻風扇，該風扇主要功能為降低汽車運行過程中的熱能，冷卻風扇在運行過程中會產生噪音，同時還受散熱器結構的影響，噪聲加大。對于這種情況，汽車制造人員在制造過程中要優化底盤設計，可適當增強風扇的制冷功能，避免因內燃機轉動太快導致熱能累積產生更大的噪聲。與此同時，設計人員還可以改變護風圈形狀，加快熱能散發速度，從而降低噪聲。

4.3.2 汽車發電機噪聲

發電機是汽車的重要組成部分，在新的時代背景下，汽車制造人員要研究發動機的作用特征，找到噪聲的來源。發電機在工作過程中受磁體、機械因素等影響會產生噪聲。這種情況下應該從發電機制造工藝、裝配精度、通風系統等方面進行改造。

4.4 內燃機汽車車身噪聲控制

受汽車行駛速度的影響，車身與空氣摩擦會產生噪聲，且運行速度越快，噪聲越大。相關學者測試了汽車速度與空氣摩擦系數，發現兩者非線性關系，但呈正相關關系。從科學的角度來講，車身噪聲產生的主要因素為空氣動力噪聲。這種情況下要想減弱噪聲就必須優化汽車元件配置，選擇優質的彈性元件，避免車身與其他構件之間產生摩擦，降低車輛行駛過程中各個構件之間摩擦產生的噪聲。與此同時，相關人員還要優化車身外觀設計，采用流線型設計，減少車身與空氣之間的摩擦力。此外，汽車車胎在一定條件下也會產生噪聲，在行駛過程中尤為明顯，這與車胎表面的花紋和材質有關，要想降低車胎噪聲就必須優化輪胎花紋設計，更換材料。

4.5 內燃機汽車其他噪聲控制

活塞式內燃機汽車還有其他噪聲，對于不同的噪聲，需要具體分析。目前來看，更換零件、篩選合理的噪聲控制技術均為有效方法，但這種方法也比較被動。除了這種控制方法外，相關人員還可從振動波的視角看待噪聲，利用波的疊加原理，人為地產生與噪聲幅度和頻率相同，但相位相反的抵消聲波，從根本上降低噪聲。

5? 結束語

活塞式內燃機汽車噪聲嚴重時會影響駕乘人員的健康，甚至影響到行車安全，還會縮短車輛的更新周期。噪聲的產生是個綜合性的問題，發動機噪聲是主要因素，傳動機構、車身、電器設備等都會產生噪聲，因此，要從設計、制造、使用、維護等全方位提升技術和規范，不斷降低噪聲的來源，努力提高生活質量和環境質量。

參考文獻：

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