汽車內燃機排氣噪聲分析

劉長生

摘 要：當前世界最主要的危害是大氣污染和水污染。然而，隨著工業的不斷發展，噪聲污染成為世界三大危害之一，從而被人們廣泛關注。內燃機噪聲是交通運輸設備產生的，其最主要的表現形式為燃燒噪聲和排氣噪聲。因此，內燃機生產企業、研發機構需要不斷研究排氣噪聲的形成原理，找出主要的影響因素，從根本上找到解決途徑，實施一系列的解決措施，從而降低排氣噪聲的污染。

關鍵詞：內燃機；污染；排氣噪聲

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.063

隨著科技和經濟的快速發展，人們對生活品質的要求越來越高，隨之而來的污染問題也給我們造成了較大的危害和影響，特別是汽車工業的發展，帶了的不僅是大氣污染，同時噪聲污染也越來越得到政府和人們的關注。因此，提升科技水平，減少內燃機在工作過程中的噪音、提高汽車隔音效果，降低噪音向外傳遞，提高人們的生活舒適性，便具有重要的工程意義。

1 汽車內燃機排氣噪聲的現狀

人們對內燃機的效率問題越來越關注，汽車企業逐步提高內燃機的效率，提高內燃機中科技含量。我國逐步改進汽車行業的能源動力問題，積極引進新能源技術，逐漸取代內燃機作為汽車用動力設備，從而減少內燃機的使用數量，因此減少噪聲來源，同時滿足社會的低碳要求。與我生活密切相關也是接觸最多的是小轎車和卡車，從噪音角度來說，小轎車產生的影響較小，卡車產生的影響較大。作為卡車動力，柴油內燃機和燃氣內燃機需要由強勁的動力性和爆發力，即所謂的動力性能強勁，但隨之而來的噪聲—排氣噪聲也是讓人們聞而生畏。

2 汽車內燃機排氣噪聲的來源

內燃機排氣噪聲主要包括排氣系統的管道噪聲、消聲器外殼機械震動引起的噪聲及排氣口輻射的噪聲等，來源于內燃機內的所有零件。我們需要了解噪聲的主要產生原理，從而降低噪聲的排放，減少機械的震動和摩擦。

首先，內燃機排氣具有一定的周期性，廢氣氣流（發動機燃燒后產生氣體流動），最終通過排氣門排出。在排氣過程中，廢氣氣流在排氣門處也具有周期性變化，因而產生較大的噪音。內燃機排氣門位置和氣門間隙對噪聲的產生具有很大的影響。

其次，高速、高壓的排氣氣流通過排氣門及排氣口時也會造成一定的聲音，流經氣門桿時還會發生脫流現象，排氣氣流在排氣管中流動時會與管壁摩擦，同樣產生較大的聲音，這都是造成噪音的主要原理。

最后，亥姆霍茲共振噪聲是引起汽車內燃機噪聲的主要原理組成，他的共振頻率參數主要由空腔體積、管道的截面積及長度組成。當排氣門打開時，氣缸與排氣管道形成一個完整的亥姆霍茲空腔，從而引發了一系列噪聲，提升了燃燒的負荷，影響了排氣噪聲的頻率特性。

3 汽車內燃機排氣噪聲的主要影響因素

汽車內燃機排氣噪聲主要的影響因素包括很多方面，包括發動機的轉速高低、負荷大小等。第一，內燃機低轉速小負荷工作時，則降低了所有工作過程，減小了噪聲排放，減少了聲壓的提升速率。在每一個工作循環過程中，如果保持燃料的消耗量和空氣的進入量不變，那么降低轉速后，噪聲頻率會變得密集，頻率也會逐漸向低頻方向轉移。第二，在柴油機中，如果保持轉速不變，那么排氣噪聲隨著功率的減小而減小，與循環中進入的空氣量無關，同內燃機的負荷無關，而與消耗的燃料量相關。在汽油機每一個循環中，功率降低則其吸入的燃油量和空氣量也會隨之降低，從而排氣噪聲減少。第三，當內燃機的排氣量減少時，排氣噪聲也會隨之減少和降低，而他的排氣量每增加一倍，大約增加七分貝的排氣噪聲。第四，有的內燃機會采用渦輪增壓的方法降低排氣噪聲，原因是增壓后使得功率增加而燃油消耗不變。因此，在同等負荷下，需要的燃油量降低，從而減少噪音排放。

4 汽車內燃機排氣噪聲的控制

4.1 降低排氣噪聲源頭

經過研究發現，排氣噪聲的影響因素有很多，內燃機企業應當從源頭上解決噪聲的產生情況，圍繞著活塞與缸壁發現其相對運動的產生條件，想出一些積極的解決措施。企業可以就活塞方面做出一定的調整，適當地減少活塞與氣缸壁之間的間隙，降低摩擦阻力。還可以將活塞的銷孔偏移向主推力方向，使活塞在上止點接觸面轉變的時間和氣缸壓力增加的時間相錯開；將活塞的高度得以適當地增加，減少活塞環的個數，可以有效地降低活塞的溫度，從而解決整個系統的剛度問題，提供良好的潤滑條件，降低噪聲的污染。內燃機企業可以在調節氣缸壓力方面實施有效策略，噪聲的大小與燃燒室的結構、供油系統的參數和噴油規律及燃料的具體特征相關，選擇好以上參數，可以改變混合氣的混合形式，降低氣缸壓力的升高頻率，減少燃燒噪聲的產生。

4.2 限制排氣噪聲傳播途徑

近年來，我國對排氣噪聲傳播途徑的研究越來越多，發現其主要由消聲材料和排氣消聲技術組成。現在消聲材料應用最廣的是不銹鋼板和鋁板，而復合阻尼材料是現在發展最迅速的材料之一，它有效地保障了內燃機的機械性能，吸收了不同頻率的噪聲。同時，排氣消聲技術最主要體現便是消聲器和浮筏減震設備。消聲器是降低空氣噪聲的有效措施，主要分為阻性、損耗、抗性及擴散消聲器，有效地提高了聲音的頻率，增強了他們對聲音的選擇性，嚴格控制了排氣噪聲的排放量，提高消聲器的消音特性。浮筏減振設備主要用于動力設備的減震降噪，有效地控制了主機系統和輔助系統的機械振動情況，從而減少輻射噪聲的產生。

5 結束語

當前，我國越來越重視汽車內燃機排氣噪聲帶來的影響，提出了一系列改進措施。汽車企業從源頭發現內燃機排氣噪聲的產生原理，分析出其主要的產生原因，找尋到排氣噪聲的主要影響因素，從而從根本上對內燃機構造進行改善，制定一系列的解決措施。社會在不斷地發展，汽車企業應不斷研究和改進內燃機的組成和構造，提升排氣消聲技術的發展，為我們的美好生活奠定良好的基礎。

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