發動機排氣噪聲的特性及控制方法

安宇航

（長春汽車工業高等專科學校，吉林 長春 130000）

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發動機排氣噪聲的特性及控制方法

安宇航

（長春汽車工業高等?？茖W校，吉林 長春 130000）

發動機噪聲主要由空氣動力性噪聲、機械噪聲和燃燒噪組成，其中空氣動力性噪聲的排氣噪聲所占的比重最大。控制排氣噪聲可以通過聲源控制和使用消聲器兩種途徑，目前常用的控制方法是使用消聲器。

噪聲控制；排氣噪聲；消聲器

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.060

CLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-178-02

1、發動機噪聲的組成

發動機是由兩大機構和五大系統組成的十分復雜的機器，其在運轉過程中會發出多聲源復雜的噪聲。發動機的噪聲主要有：各部件工作時的機械噪聲，燃料燃燒時產生的噪聲，氣體所帶來空氣動力性的噪聲。氣體產生的噪聲主要有：風扇運轉帶來的噪聲和進、排氣系統帶來的噪聲，其中影響最大的是排氣噪聲。

2、發動機排氣噪聲的特性

發動機的排氣噪聲主要有：排氣管及管口輻射出的噪聲，消聲器因振動引起的噪聲。對發動機排氣噪聲強弱影響的因素較多，其中發動機的轉速和發動機轉速的影響是最大的。

在發動機運轉過程中，氣缸內處于高壓高溫的狀況，再加上排氣周期性開啟，致使燃燒后的廢氣以高能量脈沖形式排出，從而產生寬頻帶的噪聲。在排氣噪聲中，有以下幾類主要的噪聲。

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。

2.5 氣體噴注噪聲和氣體沖擊噪聲

在發動機運轉時，氣缸內會形成高壓狀態，當排氣門開啟時，廢氣會噴注出氣缸，致使排氣門附近發出噴注噪聲。由于排出的廢氣具有粘性，剛剛排出的廢氣會卷吸之前噴注出的廢氣，氣體與氣體之間相互作用，從而產生渦流，而渦流發出一部分噪聲。此外，殘留在排氣門附近的氣體并不是連續不斷的，因此壓力也不是連續不斷的，這樣就會出現沖擊波現象，從而發出沖擊噪聲。這兩部分噪聲皆為連續寬帶高頻噪聲，它們的影響會因氣體流速的上升而變強。

2.6 排氣管內表面的紊流噪聲和摩擦噪聲

當發動機處于臨界排氣時，其中一部分廢氣會在排氣門附近形成流速近似附近聲速的紊流。廢氣形成的紊流會在排氣管內面上轉變為一層薄薄的附面層，并且附面層中的氣體的流動速度想當的不穩定，從而出現渦流。再加上排出的廢氣的溫度與排氣管自身的溫度存在差異，這樣就會促進紊流的進一步形成，從而形成更大的渦流。由于排氣管內面的不光滑，而形成了一些凸起，這些凸起會導致廢氣的壓力出現局部變化，從而產生噪聲，這部分噪聲一般為寬帶高頻噪聲。

2.7 其他噪聲

除上述主要的噪聲外，排氣噪聲中還存在一些其它的次要噪聲，例如發動機運轉時，排氣門自身發出的渦流噪聲和機械噪聲；排氣系統因發動機的振動而發出的機械噪聲；在排氣管內部，氣缸排出的廢氣進行二次燃燒所發出的噪聲氣缸排出的氣體在經過排氣消聲器以及排氣管斷面或者角度突變處時，發出的噪聲等等。

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。

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[6] 劉海軍.4100QB發動機排氣消聲系統匹配的聲學特性分析及試驗研究：[碩士學位論文].昆明.昆明理工大學.

The characteristics and the control method of engine exhaust noise

An Yuhang
（Changchun Automobile Industry Insititute, Jilin Changchun 130000）

Engine noise contains air dynamic noise and mechanical noise and combustion noise.The air dynamic noise is the most important noise.Noise source control and muffler can control the exhaust noise.At present, to use the muffle is used commonly.

noise control; exhaust noise; muffler

U464

A

1671-7988 (2016)12-178-02

安宇航（1987—），男，助教，就職于長春汽車工業高等?？茖W。