淺談對汽車發動機中噪音分析與研究

楊陽 蔣福宗

摘 要：汽車工業的發展， 給世界帶來了現代物質文明， 但同時也帶來了環境噪聲污染等社會問題。汽車噪聲控制日益引起人們的關注， 尤其是近幾年來， 作為汽車乘坐舒適性的重要指標， 汽車噪聲也在很大程度上反映出生產廠家的設計水平及工藝水平， 噪聲水平成為衡量汽車質量的重要標志之一， 因此最大限度地控制汽車噪聲成為追求的方向。

關鍵詞：噪音危害；控制措施

1.汽車發動機產生噪音的危害

經科學研究和長期實踐證明， 由于噪聲的影響， 會導致駕駛員神經系統功能下降。

1.1條件反射受到抑制，神經末梢受損， 震動覺、痛覺功能減退， 對環境溫度變化的適應能力降低。

1.2車輛的震動使手掌多汗， 指甲松脆。

1.3震動過強時， 駕駛員會感到手臂疲勞、麻木、握力下降。長此下去， 會使肌肉痙攣、萎縮， 引起關節的病變， 出現脫鈣、局部骨質增長或變形性關節炎。

1.4強烈的震動和伴隨的噪音長期刺激人體， 會使植物神經功能紊亂，出現惡心、嘔吐、失眠和眩暈等癥狀。

1.5女駕駛員還會出現月經失調、痛經、流產、子宮脫垂等病癥。噪聲的危害應引起高度的重視。

2.汽車發動機中噪音的類型及相關控制措施

2.1車輛噪聲主要是發動機噪聲， 按其產生的機理可以分為結構振動噪聲和空氣動力噪聲。

2.1.1空氣動力噪聲

凡是由于氣體擾動以及氣體和其他物體相互作用而產生的噪聲稱為空氣動力噪聲， 它包括進氣噪聲、排氣噪聲、風扇噪聲。

2.1.2結構振動噪聲

發動機的每一個零件在激振力的作用下發生振動而輻射的噪聲， 根據激振力的不同可以分為燃燒噪聲、機械噪聲、液體動力噪聲三類。燃燒噪聲是指氣缸燃燒壓力通過活塞、連桿、曲軸、缸體等途徑向外輻射產生的噪聲； 機械噪聲是發動機的零部件作往復的運動和旋轉運動產生的周期力、沖擊力和撞擊力對發動機結構激振產生的噪聲；液體動力噪聲是發動機中液體流動產生的力對發動機結構激振產生的噪聲。此外， 由于機械撞擊、摩擦和機械載荷的作用， 車內裝備的運動部件也會產生振動和車內噪聲。

2.1.3控制措施

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

（2）廢氣再循環。將發動機排出的廢氣部分通過進氣管送回氣缸， 其初衷是降低排放， 但客觀上， 這樣做提高了進氣溫度和燃燒室壁溫度， 有降低噪聲的作用。

（3）采用雙彈簧噴油閥實現預噴。即將原本打算一個循環一次噴完的燃油分兩次噴。第一次先噴入其中的小部分， 提前在主噴之前就開始進行點燃的預反應， 如此可減少滯燃期內積聚的可點燃油量。

（4）采用增壓技術， 柴油機增壓后， 進入氣缸的空氣充量密度、溫度和壓力增加， 從而改善了混合氣的著火條件， 使著火延遲期縮短。

（5）燃燒室的選擇和設計。燃燒室的型式和尺寸及燃燒系統的設計對燃燒噪聲的大小產生影響。

（6）減小供油提前角。供油提前角不同， 導致在著火延遲期內噴入的燃料量不同， 從而對燃燒過程產生影響，使發動機功率， 油耗和排放物、噪聲發動變化。

2.2按噪聲產生的性質， 發動機噪聲可分為以下幾種

2.2.1燃燒噪聲

燃燒噪聲產生機理：燃燒噪聲是由于氣缸內周期變化的氣體壓力的作用而產生的。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，因此在這里主要以柴油機為例來說明如何降低燃燒噪聲。相關控制措施：

（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的直噴式柴油機的燃燒噪聲。

（2）提高壓縮比和應用廢氣再循環技術也可降低柴油機的燃燒噪聲。但壓縮比主要決定了柴油機的機械負荷與熱負荷水平。

（3）采用雙彈簧噴油閥實現預噴。即將原本打算一個循環一次噴完的燃油分兩次噴。

（4）共軌噴油系統是一種很有前途的直噴式轎車柴油機電子控制高壓燃油噴射系統， 它能減少滯燃期內噴入的燃油量， 特別有利于降低燃燒噪聲。

2.2.2機械噪聲

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生的，它與激發力的大小、運動件的結構等因素有關。主要有活塞敲擊噪聲和氣門機械噪聲。

相關控制措施：

2.2.3活塞敲擊噪聲

發動機運轉時，活塞對缸壁的強烈敲擊，產生噪聲。降低活塞敲擊噪聲的措施有：

（1）采取活塞銷孔偏置，即將活塞銷孔適當地朝主推力面偏移1 ～ 2mm。例如在D=180mm 單缸試驗機上，采用專用潤滑油噴向氣缸壁上供給機油，結果使機體的振動降低6dB（A）。顯然，這種措施在實用上是受到限制的。

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

（3）增加缸套的剛度，為增加缸套的剛度，可采用增加缸套厚度或帶加強肋的方法。

（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。

2.2.4傳動齒輪噪聲

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生的。使殼體激發出噪聲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，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。

2.2.5降低配氣機構噪聲

內燃機大都采用凸輪、氣門配氣機構，機構中包括凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、氣門等零件。降低配氣機構噪聲的措施主要有：

（1）良好的潤滑能減少摩擦，降低摩擦噪聲。推薦怠速時凸輪與挺柱間的最小油膜厚度2Lm，1000r/min 時最小油膜厚度為3Lm。

（2）減少氣門間隙可減少搖臂與氣門之間的撞擊，但不能使氣門間隙太小。采用液力挺柱可以從根本上消除氣門間隙，降低噪聲。

（3）縮短推桿長度是減輕系統重量、提高剛度的有效措施，對減少噪聲特別有利。

2.2.6風扇噪聲

風扇噪聲由旋轉噪聲和渦流噪聲組成。旋轉噪聲又叫葉片噪聲，是由于旋轉的葉片周期性地切割空氣引起空氣的壓力脈動而產生的。可以通過降低風扇的轉速、使葉片非均勻分布（如采用四葉片風扇成X 行布置，相互夾角呈70°和110°）、適當選擇風扇與散熱器之間的距離、改變葉片形狀、以及選擇葉片的材料等來降低風扇噪聲。

2.2.7渦流增壓器噪聲

渦輪增壓器噪聲類似風扇噪聲，由于轉速高，其噪聲以旋轉噪聲為主，并有高頻特性。除類似于風扇噪聲降噪外，高壓進氣系統可用共振腔以濾掉壓力脈動。渦輪增壓器的安裝基礎允許剛度足夠大以避免噪聲和共振。

2.2.8進、排氣系統噪聲進氣系統的噪聲主要包括空氣噪聲、沖擊噪聲、輻射噪聲和氣流摩擦噪聲。主要通過消聲器來降低噪聲。

2.2.9發動機機體部件的結構響應和輻射噪聲發動機的燃燒激振力和機械激振力通過各種結構零件傳遞到發動機的外表面上，形成表面的振動響應。表面上的振動又激發介質（空氣）質點的振動而形成聲波向外輻射。增加結構剛度和阻尼是減少表面振動的基本措施。在同樣的激振力作用下，減少結構表面響應也可使噪聲降

3.結語

降低汽車噪聲是未來汽車科技的一個重要課題。汽車噪聲的治理應走全方位綜合治理之路。首先， 要發揮各級政府的行政職能， 不斷完善噪聲法規， 為治理汽車噪聲提供強有力的法律保證和持久的推動力； 其次， 科技是治理汽車噪聲的根本途徑， 各汽車廠商應遵循法規要求， 調動一切科技手段， 積極應用消聲新技術， 不斷促進汽車部件和總體的低噪聲化。