對發(fā)動機噪聲控制的思考

夏勇

摘 要：隨著汽車保有量的急劇增加，發(fā)動機的噪聲污染已成為環(huán)境的主要污染源之一。下面從發(fā)動機噪聲的影響及危害、發(fā)動機噪聲的類型、發(fā)動機噪聲產(chǎn)生的來源、控制發(fā)動機噪聲的措施、發(fā)動機噪聲的預(yù)防五方面來闡述。

關(guān)鍵詞：發(fā)動機噪聲;控制

1 發(fā)動機噪聲的影響及危害

據(jù)國外有關(guān)資料表明，城市噪聲的來源有70%來源于交通，而交通噪聲中主要是汽車噪聲。所以噪聲的控制不僅關(guān)系到乘坐的舒適性，而且還關(guān)系到環(huán)境保護。汽車噪聲主要來源于發(fā)動機，因此研究發(fā)動機噪聲產(chǎn)生的機理以及噪聲控制的措施在汽車噪聲控制中顯得尤為重要。

發(fā)動機噪聲對人體的影響是多方面的，是全身性的，主要表現(xiàn)為：聽覺系統(tǒng)主觀感覺耳鳴、聽力下降等;神經(jīng)系統(tǒng)：有頭痛、頭暈、耳鳴、心悸與睡眠障礙等;心血管系統(tǒng)：心率加快，血壓不穩(wěn)等;消化系統(tǒng)：可能影響消化系統(tǒng)的功能等。

2 發(fā)動機噪聲的類型

發(fā)動機噪聲的類型主要包括：燃燒噪聲，機械噪聲，進、排氣噪聲和風(fēng)扇噪聲等。

燃燒噪聲是在可燃混合氣體燃燒時，因氣缸內(nèi)氣體壓力急劇上升沖擊發(fā)動機各部件，使之振動而產(chǎn)生的噪聲。

機械噪聲包括活塞敲擊聲、氣門機構(gòu)沖擊聲、正時齒輪運轉(zhuǎn)聲等。

進、排氣噪聲是由于發(fā)動機在進、排過程中，氣體壓力波和氣體流動所引起的振動而產(chǎn)生的噪聲。

風(fēng)扇噪聲由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成。

3 發(fā)動機噪聲產(chǎn)生的原因

按發(fā)動機噪聲產(chǎn)生的類型，下面主要介紹各種噪聲產(chǎn)生的機理：

3.1 燃燒噪聲產(chǎn)生原因

燃燒噪聲是由于氣缸內(nèi)周期變化的氣體壓力的作用而產(chǎn)生的。它主要取決于燃燒的方式和燃燒的速度。一般來說，柴油機噪聲比汽油機的噪聲高得多。

3.2 機械噪聲產(chǎn)生的原因

機械噪聲是由于運動件之間以及運動件與固定件之間周期性變化的機械運動而產(chǎn)生的，它與激發(fā)力的大小、運動件的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。

傳動齒輪的噪聲是齒輪嚙合過程中齒與齒之間的撞擊和摩擦產(chǎn)生的。在內(nèi)燃機上，齒輪承載著交變的動負(fù)荷，這種動負(fù)荷會使軸產(chǎn)生變形，并通過軸在軸承上引起動負(fù)荷，軸承的動負(fù)荷又傳給發(fā)動機殼體和齒輪室殼體，使殼體激發(fā)出噪聲。此外，曲軸的扭轉(zhuǎn)振動也會破壞齒輪的正常嚙合而激發(fā)出噪聲。

配氣機構(gòu)中零件多，在運動中易于激起振動和噪聲，包括氣門和氣門座的撞擊，由氣門間隙引起的傳動撞擊，挺柱和凸輪工作面之間的摩擦振動，高速時氣門不規(guī)則運動引起的噪聲。配氣機構(gòu)噪聲與氣門機構(gòu)的型式、氣門間隙、氣門落座速度、材料、凸輪型線、凸輪和挺柱的潤滑狀態(tài)、內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)。

3.3.1 進氣噪聲產(chǎn)生的原因

發(fā)動機工作時，高速氣流經(jīng)空氣濾清器、進氣管、氣門進入氣缸、在此氣流流動過程中會產(chǎn)生一種強烈的空氣動力噪聲，有時比發(fā)動機本身噪聲高出5 dB（A）左右，成為僅次于排氣噪聲的主要噪聲源。該噪聲隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的提高而增強，與負(fù)荷的變化無關(guān)，其成分主要包括：周期性壓力脈動噪聲、渦流噪聲、氣缸的玄姆霍茲共振噪聲和進氣管的氣柱共振噪聲。

3.3.2 排氣噪聲產(chǎn)生的原因

排氣噪聲主要在排氣開始時，廢氣以脈沖形式從排氣門縫隙排出，并迅速從排氣口沖入大氣，形成能量很高、頻率很復(fù)雜的噪聲，包括基頻及其高次諧波的成分。該噪聲是汽車及發(fā)動機中能量最大最主要的噪聲源，它的噪聲往往比發(fā)動機整機噪聲高10dB（A）～15dB（A）。除基頻噪聲及其高次諧波噪聲外，排氣噪聲還包括排氣總管和排氣歧管中存在的氣柱共振噪聲、氣門桿背部的渦流噪聲、排氣系統(tǒng)管道內(nèi)壁面的紊流噪聲等，此外，排氣噪聲還包括廢氣噴射和沖擊噪聲。

3.3.3 風(fēng)扇噪聲產(chǎn)生的原因

它主要是空氣動力噪聲，由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流聲所組成。旋轉(zhuǎn)噪聲是由旋轉(zhuǎn)葉片周期性地打擊空氣質(zhì)點，引起空氣的壓力脈動所產(chǎn)生的。渦流噪聲是由于風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時使周圍的空氣產(chǎn)生渦流，這些渦流又因粘滯力的作用分裂成一系列獨立的小渦流，這些渦流和渦流的分裂會使空氣發(fā)生擾動，形成壓力波動，從而激發(fā)出的噪聲，渦流噪聲一般是寬頻帶噪聲。

4 控制發(fā)動機噪聲的措施及預(yù)防

經(jīng)過分析發(fā)動機噪聲的種類及原因。下面主要闡述各種噪聲的控制措施及預(yù)防：

4.1 燃燒噪聲的控制措施

在汽車發(fā)動機中，燃燒噪聲在總噪聲中占有很大比例，尤其是柴油發(fā)動機，研究如何降低其燃燒噪聲具有特別重要的意義。下面目前所研究出的降噪措施主要有：

（1）采用隔熱活塞以提高燃燒室壁溫度，縮短滯燃期，降低空間霧化燃燒系統(tǒng)的直噴式柴油機的燃燒噪聲。

（2）提高壓縮比和應(yīng)用廢氣再循環(huán)技術(shù)也可降低柴油機的燃燒噪聲。

（3）采用雙彈簧噴油閥實現(xiàn)預(yù)噴。這樣可減少滯燃期內(nèi)積聚的可燃混合氣數(shù)量。

（4）采用共軌噴油系統(tǒng)，它能減少滯燃期內(nèi)噴入的燃油量，特別有利于降低燃燒噪聲。

（5）采用增壓。

（6）優(yōu)化燃燒室的選擇和設(shè)計。

（7）減小供油提前角。

選用十六烷值高的燃料，著火延遲期較短，從而影響在著火延遲期內(nèi)形成的可燃混合氣數(shù)量，使壓力升高率降低和減小燃燒噪聲。

4.2 機械噪聲的控制措施

4.2.1 降低傳動齒輪噪聲的措施有：

（1）控制齒輪齒形，提高齒輪加工精度，減小齒輪嚙合間隙，即降低齒輪嚙合時相互撞擊的能量，從而降低齒輪嚙合傳動噪聲。

（2）采用新材料，如高阻尼的工程塑料齒輪，采用工程塑料齒輪代替原鋼制齒輪后，整機噪聲降低約0.5dB（A）左右，效果明顯。

（3）合理布置齒輪傳動系位置，如將正時齒輪布置在飛輪端，可有效減少曲軸系扭振對齒輪振動的影響。

（4）采用正時齒形同步帶傳動代替正時齒輪轉(zhuǎn)動，可明顯降低噪聲。

4.2.2 降低活塞敲擊噪聲的措施有：

（1）采取活塞銷孔偏置，即將活塞銷孔適當(dāng)?shù)爻魍屏γ嫫?～2mm。

（2）采用在活塞裙部開橫向隔熱槽，活塞銷座鑲調(diào)節(jié)鋼件，裙部鑲鋼筒，采用橢圓錐體裙等方式來減小活塞40℃冷態(tài)配缸間隙。

（3）增加缸套的剛度，不僅可以降低活塞的敲擊聲，也可以降低因活塞與缸壁摩擦而產(chǎn)生的噪聲。

（4）改進活塞和氣缸壁之間的潤滑狀況，增加活塞敲擊缸壁時的阻尼，也可以減小活塞敲擊噪聲。

4.3 進排氣噪聲的控制措施

4.3.1 排氣噪聲的控制措施主要是：

（1）從排氣系統(tǒng)的設(shè)計方面入手，如合理設(shè)計排氣管的長度與形狀，以避免氣流產(chǎn)生共振和減少渦流。

（2）廢氣渦輪增壓器的應(yīng)用可降低排氣噪聲，但最有效的方法還是采用高消聲技術(shù)，使用低功率損耗和寬消聲頻率范圍的排氣消聲器。

4.3.2 進氣噪聲的控制措施主要是：

（1）合理的設(shè)計和選用空氣濾清器。減少進氣系統(tǒng)內(nèi)壓力脈動的強度和氣門通道處的渦流強度。

（2）引進消聲措施。

4.4冷卻風(fēng)扇及其他部件發(fā)出的噪聲的控制措施

可使用帶液力偶合器或變速扭角的風(fēng)扇，也可采用水溫感應(yīng)電動離合風(fēng)扇。把風(fēng)扇材料改為尼龍后，對減小風(fēng)扇噪聲也有一定的效果。

5 結(jié)束語

噪聲污染已成為舉世矚目的一大公害，因此對發(fā)動機噪聲的控制已成為汽車研究中急切需要解決的課題之一，國家關(guān)于汽車噪聲控制的法規(guī)將會越來越嚴(yán)格。所以，研究開發(fā)和推廣應(yīng)用汽車噪聲控制技術(shù)具有十分廣闊的市場前景。

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