发动机噪声控制探析
摘要: 本文分析了发动机燃烧噪声、机械噪声以及空气动力噪声，提出了降低噪声的控制策略。
关键词: 发动机、 噪声控制、 燃烧机理、噪声控制、 前言
噪声与大气污染和水污染一起被认为是当今世界三大公害。噪声的影响面最广, 感觉最直接, 反映也最强烈。汽车作为一种主要交通工具日益普及和增长, 汽车噪声所造成的环境污染日益严重。发动机产生的噪声占汽车噪声的绝大部分。研究发动机噪声的产生、噪声控制措施在汽车噪声控制中尤为重要。
1 发动机噪声控制
直接从发动机机体及其主要附件向空间传出的声音, 都属于发动机噪声。发动机噪声随机型、转速、负荷、运行情况不同而异, 按噪声产生的性质, 发动机噪声可分为燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声。
1.1 燃烧噪音
1.1.1 燃烧噪声产生机理
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燃烧噪声是由于气缸内周期变化的气体压力作用而产生的。主要取决于燃烧方式和燃烧速度。在汽油机中, 如果发生爆燃和表面点火等不正常燃烧时, 将产生较大的燃烧噪声。柴油机的燃烧噪声是由于燃烧室内气压急剧上升，致使发动机各部件振动而引起的噪声。一般来说, 柴油机噪声比汽油机的噪声高得多, 因此在这里主要以柴油机为例来说明如何降低燃烧噪声。
1.1.2 燃烧噪声控制策略
(1) 采用隔热活塞和直喷式柴油机提高燃烧室壁温度, 缩短滞燃期, 降低空间雾化燃烧系统的燃烧噪声。
(2) 提高压缩比和应用废气再循环技术可降低柴油机的燃烧噪声。
(3) 采用双弹簧喷油阀实现预喷。将一个循环一次喷完的燃油分两次喷，提前在主喷之前进行着火预反应, 减少滞燃期内积聚的可燃混合气数量，是降低直喷式柴油机燃烧噪声有效措施。 (4) 共轨喷油系统是一种直喷式柴油机电子控制高压燃油喷射系统, 能减少滞燃期内喷入的燃油量, 有利于降低燃烧噪声。 (5) 采用增压。柴油机增压后进入气缸的空气充量密度、温度和压力增加, 从而改善了混合气的着火条件, 使着火延迟期缩，燃烧噪声有所降低。
(6) 燃烧室的选择和设计。分开式燃烧室, 精确的喷油通道、扩大
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通道面积、控制喷射方向和预燃室进气涡流半径的优化, 能抑制预混合燃烧，促进扩散燃烧, 降低由低负荷到高负荷较宽范围的燃烧噪声、燃油消耗和碳烟排放。直喷式燃烧室, 通过合理设计, 保证足够的涡流、具有高紊动能, 强化燃料与空气之间的扩散, 改善燃烧过程, 实现柴油机低油耗、低噪声和低排放的目的。
(7) 减小供油提前角。大多数柴油机的燃烧噪声随供油提前角的减小而有所降低。
(8) 选用十六烷值高的燃料, 着火延迟期较短, 从而影响在着火延迟期内形成的可燃混合气数量, 使压力升高率降低减轻燃烧噪声。
1.2 机械噪声
机械噪声是由于机件之间机械运动产生的激发造成，主要有活塞敲击噪声和气门机械噪声。
1.2.1 活塞敲击噪声
发动机运转时, 活塞在上、下止点附近受侧向力作用产生一个由一侧向另一侧的横向移动，形成活塞对缸壁的强烈敲击, 产生活塞敲击噪声，降低活塞敲击噪声的措施有:
(1) 采取活塞销孔偏置, 即将活塞销孔适当地朝主推力面偏移1,2 mm。
(2) 采用在活塞裙部开横向隔热槽, 活塞销座镶调节钢件, 裙部
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镶钢筒, 采用椭圆锥体裙等方式减小活塞冷态配缸间隙。 (3) 增加缸套的刚度降低活塞的敲击声及活塞与缸壁摩擦的噪声。
(4) 改善活塞和气缸壁之间的润滑状况, 增加活塞敲击缸壁时的阻尼, 也可以减小活塞敲击噪声。
1.2.2 传动齿轮噪声
传动齿轮噪声是齿轮啮合过程中齿与齿之间的撞击和摩擦产生的，降低传动齿轮噪声的措施有:
(1) 控制齿轮齿形, 提高齿轮加工精度, 减小齿轮啮合间隙, 即降低齿轮啮合时相互撞击的能量。
(2) 采用新材料, 如高阻尼的工程塑料齿轮, 采用工程塑料齿轮代替钢制齿轮。
(3) 合理布置齿轮传动系位置。
(4) 采用正时齿带传动代替正时齿轮转动, 可明显降低噪声。 1.2.3 降低配气机构噪声
内燃机配气机构中零件多、刚度差, 在运动中易产生振动和噪声, 降低配气机构噪声的措施主要有:
(1) 良好的润滑能减少摩擦, 降低摩擦噪声。凸轮旋转油膜越厚配气机构的摩擦振动和噪声越低。
(2) 减少气门间隙可减少摇臂与气门之间的撞击, 采用液力挺柱
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降低噪声，近年还出现了气门液压驱动系统, 其噪声更低。 (3) 缩短推杆长度是减轻系统重量、提高刚度的有效措施, 采用顶置式凸轮轴。
1.3 空气动力噪声
空气动力噪声, 包括进气噪声、排气噪声和风扇噪声。 1.3.1 进气噪声
发动机工作时, 高速气流流动会产生一种强烈的空气动力噪声, 成为仅次于排气噪声的噪声源。
进气噪声的主要控制策略:
(1) 合理设计和选用空气滤清器。
(2) 引进消声措施。
1.3.2 排气噪声
排气噪声主要在排气开始时, 废气以脉冲形式从排气门缝隙排出, 并迅速从排气口冲入大气, 形成能量很高、频率很复杂的噪声, 该噪声是汽车及发动机中能量最大最主要的噪声。
排气噪声的控制策略主要是:
(1) 从排气系统的设计方面入手, 合理设计排气管的长度与形状, 避免气流产生共振和减少涡流。
(2) 废气涡轮增压器应用可降低排气噪声。
(3)最有效的方法是采用高消声技术, 使用低功率损耗和宽消声
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频率范围的排气消声器。
1.3.3 风扇噪声
风扇噪声的主要控制措施:
(1) 控制风扇转速, 风扇噪声随转速的增大远比其他噪声大。充分运用流体力学理论设计高效率的风扇, 在保证冷却风量和风压的前提下降低转速。
(2) 采用叶片不均匀分布的风扇, 叶片不均匀布置可降低风扇中突出的线状频谱成分, 使噪声频谱平滑。
(3) 用塑料风扇代替钢板风扇, 能达到降低噪声和减少风扇消耗功率的效果,。
(4) 车用内燃机采用风扇离合器和温控电动风扇。装用风扇离合和温控电动风扇不仅可使内燃机经常处在适宜温度下工作和减少器
功率消耗, 同时还能达到降噪的效果。
(5) 风扇和散热器系统的合理设计。合理布置和设计能达到降低风扇转速的目的。
2 结束语
综上所述, 影响汽车发动机噪声的因素多种多样, 单靠采用某一种降噪方法很难大幅度地把噪声降低下来, 要降低汽车发动机噪声, 应从发动机噪声源、传播途径等方面入手, 明确降噪的对象和目标, 通过综合考虑, 采取各种技术手段, 在一定程度上有效地控制
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和降低燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声, 达到降低发动机噪声的目的。
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