發(fā)動機振動與噪聲成因與解決方法研究

梁建國

摘要：在汽車駕駛和發(fā)動機運行中，由于發(fā)動機自身技術(shù)和結(jié)構(gòu)特點、燃料燃燒程度等因素，容易在運行中出現(xiàn)振動、帶來噪聲，不僅會給駕駛者帶來不佳的體驗，更會影響總體汽車的穩(wěn)定性、安全性。因此，解決上述問題、制定有效的解決方案十分有必要。本文從技術(shù)角度出發(fā)，對發(fā)動機出現(xiàn)振動現(xiàn)象、噪聲問題的原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的解決辦法，以更好地解決這方面的技術(shù)問題。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機;振動;噪聲;成因;解決方法

中圖分類號：S219.031? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0123-02

0? 引言

從廣義角度看，汽油發(fā)動機是借助汽油這一燃料介質(zhì)，在汽車行駛中將燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為汽車的動能。鑒于汽油燃料本身的粘性小、蒸發(fā)快等特點，選用這一燃料能通過汽油噴射技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)入氣缸內(nèi)部，然后經(jīng)過處理使其處于一定的溫度和壓力水平，再通過火花塞技術(shù)組件點燃，這就使氣體能夠進(jìn)行膨脹做工。在汽車上搭載汽油發(fā)動機，主要原因是其具有相對簡單的技術(shù)結(jié)構(gòu)，且造價成本相對較低、實際運行狀態(tài)穩(wěn)定、維修操作便捷。目前，汽油發(fā)動機已經(jīng)廣泛運用到多種現(xiàn)代設(shè)備中，如何妥善處理發(fā)動機運行中存在的振動、噪聲問題已經(jīng)成為人們關(guān)注的重點。本文正是圍繞這一點，進(jìn)行具體成因的探討和分析，并提出有效的解決方法。

1? 汽油發(fā)動機設(shè)備振動現(xiàn)象與噪聲現(xiàn)象簡述

1.1 振動現(xiàn)象與噪聲現(xiàn)象的概念

從振動現(xiàn)象來講，是在技術(shù)狀態(tài)下運動過程，也可以看作物體往復(fù)運動。通常，人們將振動現(xiàn)象判定為消極的技術(shù)因素，主要是由于其會給機械設(shè)備內(nèi)部的組件帶來更大的磨損、疲勞，從而導(dǎo)致機械設(shè)備可用壽命縮短。但是，振動也有一定的應(yīng)用價值，如振動研磨加工技術(shù)、振動消除內(nèi)應(yīng)力技術(shù)、振動篩選加工技術(shù)等。對于噪聲而言，物理學(xué)中將其定義為物體在無規(guī)則運動中產(chǎn)生的聲音，這些聲音往往會給人們生活、學(xué)習(xí)、生產(chǎn)和工作帶來不良影響，甚至?xí)谌藗兘邮罩匾曇艋蛐畔r帶來干擾。

1.2 汽油發(fā)動機振動現(xiàn)象與噪聲現(xiàn)象的主觀評價

對于汽車駕駛者、使用者而言，汽車發(fā)動機產(chǎn)生的振動和噪聲與使用者的主觀認(rèn)知具有一定相關(guān)性。不同駕駛者在使用汽油發(fā)動機時，往往會對設(shè)備運行帶來的振動和噪聲具有不同的喜好程度。例如，部分汽油發(fā)動機使用者更傾向于運動型交通工具，追求較為激烈的駕駛行為，這些使用者期望發(fā)動機能夠在運行時產(chǎn)生較大轟鳴聲。同時，也有汽油發(fā)動機的使用者更傾向于安靜的駕駛環(huán)境，這部分使用者則希望發(fā)動機能在駕駛中產(chǎn)生較小的聲音。

1.3 汽油發(fā)動機振動現(xiàn)象與噪聲現(xiàn)象的客觀評價

在對發(fā)動機振動和噪聲進(jìn)行客觀分析、評價時，應(yīng)當(dāng)注重以下幾方面：汽車行駛中底板傳來的聲音、車椅給人體帶來的振動、汽車方向盤給駕駛?cè)藥淼恼駝?、能夠傳遞給乘客或駕駛?cè)说穆曇簟⒆诬壍啦考駝拥取?/p>

2? 發(fā)動機設(shè)備產(chǎn)生振動與噪聲現(xiàn)象的因素分析

2.1 齒輪進(jìn)行嚙合傳遞因素

在齒輪組件在運行中出現(xiàn)的噪聲，主要是體現(xiàn)在汽油發(fā)動機設(shè)備內(nèi)，在齒輪的傳動角度出現(xiàn)變化時出現(xiàn)的技術(shù)響應(yīng)。在運行中，噪聲的產(chǎn)生是軸承組件、齒輪組件、傳統(tǒng)系統(tǒng)機座組件等部分的共同作用，激勵源產(chǎn)生于齒輪的相互嚙合處，再經(jīng)過多種連接技術(shù)形式傳遞給車體結(jié)構(gòu)。在齒輪組件嚙合中出現(xiàn)的噪聲大多呈現(xiàn)為“嗚嗚”聲，其主要頻率在200-1800Hz。

2.2 節(jié)氣門進(jìn)行打開/關(guān)閉操作因素

節(jié)氣門是發(fā)動機設(shè)備內(nèi)部的重要組件，不論是執(zhí)行打開還是關(guān)閉操作，都會讓發(fā)動機傳統(tǒng)系統(tǒng)及時進(jìn)入瞬態(tài)響應(yīng)階段，在發(fā)動機內(nèi)部出現(xiàn)擺動情況時，處于扭轉(zhuǎn)反向狀態(tài)的發(fā)動機設(shè)備轉(zhuǎn)動速度也會出現(xiàn)變化，在變化中也會受到傳動系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)余量的影響。在出現(xiàn)擺動幅度不斷增強的情況時，扭轉(zhuǎn)脈沖信號將借助驅(qū)動輪組件、懸架組件等部分傳遞到整個車體，這就引起了振動、噪聲情況的發(fā)生。在汽油發(fā)動機設(shè)備運行中，若出現(xiàn)扭矩速度不斷增加的情況，實際引起的瞬態(tài)響應(yīng)也會表現(xiàn)得更加劇烈。在進(jìn)行節(jié)氣門打度時，主要是依靠發(fā)動機產(chǎn)生的通矩增加幅度，這一參數(shù)需要進(jìn)氣歧管組件的容積進(jìn)行限制。不難發(fā)現(xiàn)的是，這兩個技術(shù)參數(shù)間存在一定的指數(shù)關(guān)系。當(dāng)瞬時空燃混合物能夠穩(wěn)定在均勻技術(shù)條件時，進(jìn)氣歧管組件的容積也會具有較大的容積參數(shù)，發(fā)動機設(shè)備扭矩增加的速度也會變緩。

2.3 離合器分離/結(jié)合因素

在汽油發(fā)動機設(shè)備中，導(dǎo)致振動和噪音現(xiàn)象的原因也產(chǎn)生于離合器組件。在發(fā)動機設(shè)備處于高檔位運行狀態(tài)，且汽車行駛速度范圍在30-40km/h時，振動、噪聲現(xiàn)象的產(chǎn)生往往表現(xiàn)十分劇烈。目前，諸多車輛在安裝中帶有自鎖變矩器傳動軸，在變矩器組件處于開放狀態(tài)條件下，發(fā)動機設(shè)備的轉(zhuǎn)速參數(shù)往往會開始逐步遞增，甚至?xí)黾榷ǘ秳酉拗品秶@就會使發(fā)動機產(chǎn)生的扭矩脈沖處于被過濾狀態(tài)。在這樣的工作狀態(tài)下，相比于汽車的后輪驅(qū)動，汽車前輪驅(qū)動出現(xiàn)振動現(xiàn)象、帶來噪聲問題等情況較為嚴(yán)重。

2.4 發(fā)電機進(jìn)行運轉(zhuǎn)時噪聲因素

在發(fā)動機設(shè)備進(jìn)行實際運轉(zhuǎn)時，需要發(fā)電機維持較高的轉(zhuǎn)速水平。從這一層面看，發(fā)電機也是引起發(fā)動機設(shè)備出現(xiàn)振動、噪聲現(xiàn)象的主要部件。通常發(fā)電機比參數(shù)大概設(shè)定為3.3，也就能使其轉(zhuǎn)速在6000r/min左右浮動。但是，若發(fā)電機組件部分進(jìn)入高速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，隨之導(dǎo)致冷風(fēng)扇部分組件、不平衡力帶來的噪聲更加嚴(yán)重。從NVH的觀點出發(fā)，對發(fā)電機轉(zhuǎn)速參數(shù)進(jìn)行控制，在將其降低的同時，保證汽車車體支架安裝結(jié)構(gòu)的剛度，這樣就能實現(xiàn)激勵源的控制和降低。在汽車發(fā)動機工作狀態(tài)下，傳動比水平主要取決于發(fā)電機組件的冷卻需求，這就必須將發(fā)動機艙內(nèi)的空氣流因素、發(fā)電機技術(shù)組件的安裝位置等因素置于優(yōu)先考慮范圍。

2.5 進(jìn)氣系統(tǒng)因素

發(fā)動機設(shè)備中進(jìn)氣系統(tǒng)也是影響振動和噪聲問題的重要部分，主要由以下幾方面：

①要想有效控制振動和噪聲現(xiàn)象，不可忽視的因素就是消音組件的容積。在通常發(fā)動機工作狀態(tài)下，若消音技術(shù)組件的容積越大，就能夠提供更好的技術(shù)支持。在汽車的四缸汽油發(fā)動機設(shè)備中，往往需要配備有10-15L的消音技術(shù)容積。

②在選取進(jìn)氣管組件的位置時，需要全面地分析和考量多種基礎(chǔ)影響因子。從噪聲源控制角度出發(fā)，位置設(shè)定需要考慮到多種雜質(zhì)或物質(zhì)進(jìn)入發(fā)動機的進(jìn)氣系統(tǒng)，如灰塵、雪、水等，要保證氣體能夠在進(jìn)氣系統(tǒng)中流暢循環(huán)，控制好進(jìn)氣門與節(jié)氣門間的距離和空間。

③為了控制進(jìn)氣口位置的噪聲強度，可以采取以下兩種方法：其一，應(yīng)將進(jìn)氣管組件伸入到空氣濾清器組件內(nèi)部;其二，將赫爾姆茲消音器組件串聯(lián)使用。在實際發(fā)揮的控制效能上，只安裝單個赫爾姆茲消音組件，只能起到控制消除某個頻率以及附近頻段的噪聲，通過將兩個赫爾姆茲消音器組件進(jìn)行串聯(lián)，就能同時控制兩個頻率范圍的噪聲。

④增加柔性管是控制振動現(xiàn)象的有效方法，需要將其加裝在空氣濾清器技術(shù)殼體結(jié)構(gòu)和進(jìn)氣歧管組件之間。從基礎(chǔ)技術(shù)角度出發(fā)，柔性管本身不具備較強的剛度，這就能將發(fā)動機運行中產(chǎn)生的振動情況隔離開來，使得車體承受的振動強度較小。同時，也可以在車體結(jié)構(gòu)與托板結(jié)構(gòu)間加裝橡膠墊，以更好地將進(jìn)行控制和處理，使進(jìn)氣系統(tǒng)與車體振動的現(xiàn)象相互隔開。

2.6 排氣系統(tǒng)因素

①空氣動力帶來的噪音。在發(fā)動機運行時，發(fā)動機機艙內(nèi)的空氣流往往處于穩(wěn)定狀態(tài)條件下。受到排氣管道組件直徑、基本結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)動機設(shè)備的空氣動力會帶來噪聲。例如，在發(fā)動機設(shè)備運行，且處于低速運轉(zhuǎn)的工作狀態(tài)時，伴隨而來的就是空氣動力噪聲。

②沖擊帶來噪聲。除了發(fā)動機內(nèi)的穩(wěn)定空氣流，排氣管道內(nèi)也容易出現(xiàn)不穩(wěn)定氣流，這些分布的氣流會給管道組帶來較大的沖擊，從而產(chǎn)生沖擊噪聲現(xiàn)象。不難發(fā)現(xiàn)，排氣的多支管組件的彎曲部分存在弧度過小的情況，使得發(fā)動機設(shè)備帶來的氣流沖擊排氣管道，這時就產(chǎn)生了劇烈的沖擊噪聲。

3? 汽油發(fā)動機設(shè)備振動現(xiàn)象與噪聲現(xiàn)象的有效解決方法

3.1 加強筋處理

從發(fā)動機設(shè)備的總成結(jié)構(gòu)出發(fā)，為了使其獲得較高硬度數(shù)值，應(yīng)采取加強筋處理的方案，較少發(fā)動機設(shè)備本身的重量，使其制造成本大大降低，從而更好地控制和削弱發(fā)動機帶來的振動和噪聲問題。在具體實施中，要通過使用兩個螺栓形成穩(wěn)定連續(xù)的連接面，確保加強筋材料長度能夠支持最大連續(xù)。再者，在加強筋材料的布置上，要從空間區(qū)域和空間角度兩方面入手，分別考慮模態(tài)變形最大值的和維持彎曲模態(tài)振型全息成像下邊沿。其次，在對發(fā)動機內(nèi)部的加強筋進(jìn)行處理時，要確保加強筋材料能夠與發(fā)動機配件凸臺部分能夠順利混合，只有達(dá)成這一條件，才能為發(fā)動機提供剛性連接點支持。此外，在諸多實際運用的場景中，出現(xiàn)在發(fā)動機設(shè)備的加強筋，應(yīng)能夠與鑄件結(jié)構(gòu)相銜接，使得材料單位的組合技術(shù)性能得以發(fā)揮。基于這一步驟，通過增加加強筋材料的運用數(shù)目、增設(shè)斷面結(jié)構(gòu)層的數(shù)量，使得發(fā)動機在鑄件加工中更加穩(wěn)定，更有利于減少和控制廢料的產(chǎn)生。

3.2 深裙式氣缸體

對發(fā)動機缸體部分進(jìn)行拓展，能夠使變速箱中的連接螺栓與缸體本身的跨度得到增加，需要注意的一點是進(jìn)行拓展處理的位置在曲軸中心線的下部。在具體操作中，先從高度看，要將原本處于較低位置的凸耳組件提高到與油底殼結(jié)構(gòu)上表面相同的高度位置，再從水平跨度看，要使飛輪殼結(jié)構(gòu)寬度與其水平跨度能夠和諧一致。在確定處凸耳組件的固定位置時，需要找準(zhǔn)油底殼結(jié)構(gòu)連接螺栓的中心線外側(cè)再加以固定，確保能夠在整個缸體結(jié)構(gòu)上以較好的角度展開。對深裙式缸體的油底殼組件而言，其本身出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)變化并不會給剛度參數(shù)帶來影響，這時更需關(guān)注的是鑄造工藝和水平，通過優(yōu)化和提升生產(chǎn)水平，對各部分組件的安裝、調(diào)試進(jìn)行干預(yù)，能夠在發(fā)動機設(shè)備內(nèi)部更好地解振動、噪聲現(xiàn)象，也能達(dá)到良好的優(yōu)化效果。

3.3 油底殼結(jié)構(gòu)

在發(fā)動機設(shè)備的油底殼的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化時，與變速箱組件、發(fā)動機設(shè)備相連的螺栓跨度參數(shù)也會出現(xiàn)增加，這一技術(shù)條件的變化能夠為曲柄中心線提供夾緊力支持。為了更好地優(yōu)化和解決噪聲、振動現(xiàn)象，要重點關(guān)注發(fā)動機設(shè)備與油底殼間的密封條，確保兩者間的密封性。

4? 結(jié)束語

綜上所述，當(dāng)前的城市中出現(xiàn)的汽車交通工具越來越多，伴隨而來的就是發(fā)動機所帶來的振動、噪聲情況，幫助更多人解決汽車發(fā)動機設(shè)備的振動和噪聲問題已經(jīng)迫在眉睫。為了更好地為駕駛者提供良好的用車體驗，保證發(fā)動機設(shè)備穩(wěn)定、安全運行，需要逐個查找、分析導(dǎo)致上述問題的原因，通過科學(xué)而系統(tǒng)的分析，制定相對的干預(yù)和操作方案，為汽車發(fā)動機發(fā)揮出最優(yōu)效果提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]于濤.發(fā)動機振動與噪聲成因與解決方法[J].粘接，2019，40（10）：130-132.

[2]黃森.發(fā)動機振動噪聲控制[J].汽車工藝師，2016（01）：74-75.

[3]崔云翔，陳乾.發(fā)動機振動與噪聲成因與解決方法研究[J].裝備制造技術(shù)，2020（01）：139-142.