发动机振动与噪声成因与解决方法研究

梁建国

摘要：在汽车驾驶和发动机运行中，由于发动机自身技术和结构特点、燃料燃烧程度等因素，容易在运行中出现振动、带来噪声，不仅会给驾驶者带来不佳的体验，更会影响总体汽车的稳定性、安全性。因此，解决上述问题、制定有效的解决方案十分有必要。本文从技术角度出发，对发动机出现振动现象、噪声问题的原因进行分析，并提出相应的解决办法，以更好地解决这方面的技术问题。

关键词：发动机;振动;噪声;成因;解决方法

中图分类号：S219.031                                   文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）05-0123-02

0  引言

从广义角度看，汽油发动机是借助汽油这一燃料介质，在汽车行驶中将燃料的内能转化为汽车的动能。鉴于汽油燃料本身的粘性小、蒸发快等特点，选用这一燃料能通过汽油喷射技术系统进入气缸内部，然后经过处理使其处于一定的温度和压力水平，再通过火花塞技术组件点燃，这就使气体能够进行膨胀做工。在汽车上搭载汽油发动机，主要原因是其具有相对简单的技术结构，且造价成本相对较低、实际运行状态稳定、维修操作便捷。目前，汽油发动机已经广泛运用到多种现代设备中，如何妥善处理发动机运行中存在的振动、噪声问题已经成为人们关注的重点。本文正是围绕这一点，进行具体成因的探讨和分析，并提出有效的解决方法。

1  汽油发动机设备振动现象与噪声现象简述

1.1 振动现象与噪声现象的概念

从振动现象来讲，是在技术状态下运动过程，也可以看作物体往复运动。通常，人们将振动现象判定为消极的技术因素，主要是由于其会给机械设备内部的组件带来更大的磨损、疲劳，从而导致机械设备可用寿命缩短。但是，振动也有一定的应用价值，如振动研磨加工技术、振动消除内应力技术、振动筛选加工技术等。对于噪声而言，物理学中将其定义为物体在无规则运动中产生的声音，这些声音往往会给人们生活、学习、生产和工作带来不良影响，甚至会在人们接收重要声音或信息时带来干扰。

1.2 汽油发动机振动现象与噪声现象的主观评价

對于汽车驾驶者、使用者而言，汽车发动机产生的振动和噪声与使用者的主观认知具有一定相关性。不同驾驶者在使用汽油发动机时，往往会对设备运行带来的振动和噪声具有不同的喜好程度。例如，部分汽油发动机使用者更倾向于运动型交通工具，追求较为激烈的驾驶行为，这些使用者期望发动机能够在运行时产生较大轰鸣声。同时，也有汽油发动机的使用者更倾向于安静的驾驶环境，这部分使用者则希望发动机能在驾驶中产生较小的声音。

1.3 汽油发动机振动现象与噪声现象的客观评价

在对发动机振动和噪声进行客观分析、评价时，应当注重以下几方面：汽车行驶中底板传来的声音、车椅给人体带来的振动、汽车方向盘给驾驶人带来的振动、能够传递给乘客或驾驶人的声音、座椅轨道部件振动等。

2  发动机设备产生振动与噪声现象的因素分析

2.1 齿轮进行啮合传递因素

在齿轮组件在运行中出现的噪声，主要是体现在汽油发动机设备内，在齿轮的传动角度出现变化时出现的技术响应。在运行中，噪声的产生是轴承组件、齿轮组件、传统系统机座组件等部分的共同作用，激励源产生于齿轮的相互啮合处，再经过多种连接技术形式传递给车体结构。在齿轮组件啮合中出现的噪声大多呈现为“呜呜”声，其主要频率在200-1800Hz。

2.2 节气门进行打开/关闭操作因素

节气门是发动机设备内部的重要组件，不论是执行打开还是关闭操作，都会让发动机传统系统及时进入瞬态响应阶段，在发动机内部出现摆动情况时，处于扭转反向状态的发动机设备转动速度也会出现变化，在变化中也会受到传动系统中旋转余量的影响。在出现摆动幅度不断增强的情况时，扭转脉冲信号将借助驱动轮组件、悬架组件等部分传递到整个车体，这就引起了振动、噪声情况的发生。在汽油发动机设备运行中，若出现扭矩速度不断增加的情况，实际引起的瞬态响应也会表现得更加剧烈。在进行节气门打度时，主要是依靠发动机产生的通矩增加幅度，这一参数需要进气歧管组件的容积进行限制。不难发现的是，这两个技术参数间存在一定的指数关系。当瞬时空燃混合物能够稳定在均匀技术条件时，进气歧管组件的容积也会具有较大的容积参数，发动机设备扭矩增加的速度也会变缓。

2.3 离合器分离/结合因素

在汽油发动机设备中，导致振动和噪音现象的原因也产生于离合器组件。在发动机设备处于高档位运行状态，且汽车行驶速度范围在30-40km/h时，振动、噪声现象的产生往往表现十分剧烈。目前，诸多车辆在安装中带有自锁变矩器传动轴，在变矩器组件处于开放状态条件下，发动机设备的转速参数往往会开始逐步递增，甚至会超出既定抖动限制范围，这就会使发动机产生的扭矩脉冲处于被过滤状态。在这样的工作状态下，相比于汽车的后轮驱动，汽车前轮驱动出现振动现象、带来噪声问题等情况较为严重。

2.4 发电机进行运转时噪声因素

在发动机设备进行实际运转时，需要发电机维持较高的转速水平。从这一层面看，发电机也是引起发动机设备出现振动、噪声现象的主要部件。通常发电机比参数大概设定为3.3，也就能使其转速在6000r/min左右浮动。但是，若发电机组件部分进入高速运转状态，随之导致冷风扇部分组件、不平衡力带来的噪声更加严重。从NVH的观点出发，对发电机转速参数进行控制，在将其降低的同时，保证汽车车体支架安装结构的刚度，这样就能实现激励源的控制和降低。在汽车发动机工作状态下，传动比水平主要取决于发电机组件的冷却需求，这就必须将发动机舱内的空气流因素、发电机技术组件的安装位置等因素置于优先考虑范围。

2.5 进气系统因素

发动机设备中进气系统也是影响振动和噪声问题的重要部分，主要由以下几方面：

①要想有效控制振动和噪声现象，不可忽视的因素就是消音组件的容积。在通常发动机工作状态下，若消音技术组件的容积越大，就能够提供更好的技术支持。在汽车的四缸汽油发动机设备中，往往需要配备有10-15L的消音技术容积。

②在选取进气管组件的位置时，需要全面地分析和考量多种基础影响因子。从噪声源控制角度出发，位置设定需要考虑到多种杂质或物质进入发动机的进气系统，如灰尘、雪、水等，要保证气体能够在进气系统中流畅循环，控制好进气门与节气门间的距离和空间。

③为了控制进气口位置的噪声强度，可以采取以下两种方法：其一，应将进气管组件伸入到空气滤清器组件内部;其二，将赫尔姆兹消音器组件串联使用。在实际发挥的控制效能上，只安装单个赫尔姆兹消音组件，只能起到控制消除某个频率以及附近频段的噪声，通过将两个赫尔姆兹消音器组件进行串联，就能同时控制两个频率范围的噪声。

④增加柔性管是控制振动现象的有效方法，需要将其加装在空气滤清器技术壳体结构和进气歧管组件之间。从基础技术角度出发，柔性管本身不具备较强的刚度，这就能将发动机运行中产生的振动情况隔离开来，使得车体承受的振动强度较小。同时，也可以在车体结构与托板结构间加装橡胶垫，以更好地将进行控制和处理，使进气系统与车体振动的现象相互隔开。

2.6 排气系统因素

①空气动力带来的噪音。在发动机运行时，发动机机舱内的空气流往往处于稳定状态条件下。受到排气管道组件直径、基本结构的影响，发动机设备的空气动力会带来噪声。例如，在发动机设备运行，且处于低速运转的工作状态时，伴随而来的就是空气动力噪声。

②冲击带来噪声。除了发动机内的稳定空气流，排气管道内也容易出现不稳定气流，这些分布的气流会给管道组带来较大的冲击，从而产生冲击噪声现象。不难发现，排气的多支管组件的弯曲部分存在弧度过小的情况，使得发动机设备带来的气流冲击排气管道，这时就产生了剧烈的冲击噪声。

3  汽油发动机设备振动现象与噪声现象的有效解决方法

3.1 加强筋处理

从发动机设备的总成结构出发，为了使其获得较高硬度数值，应采取加强筋处理的方案，较少发动机设备本身的重量，使其制造成本大大降低，从而更好地控制和削弱发动机带来的振动和噪声问题。在具体实施中，要通过使用两个螺栓形成稳定连续的连接面，确保加强筋材料长度能够支持最大连续。再者，在加强筋材料的布置上，要从空间区域和空间角度两方面入手，分别考虑模态变形最大值的和维持弯曲模态振型全息成像下边沿。其次，在对发动机内部的加强筋进行处理时，要确保加强筋材料能够与发动机配件凸台部分能够顺利混合，只有达成这一条件，才能为发动机提供刚性连接点支持。此外，在诸多实际运用的场景中，出现在发动机设备的加强筋，应能够与铸件结构相衔接，使得材料单位的组合技术性能得以发挥。基于这一步骤，通过增加加强筋材料的运用数目、增设断面结构层的数量，使得发动机在铸件加工中更加稳定，更有利于减少和控制废料的产生。

3.2 深裙式气缸体

对发动机缸体部分进行拓展，能够使变速箱中的连接螺栓与缸体本身的跨度得到增加，需要注意的一点是进行拓展处理的位置在曲轴中心线的下部。在具体操作中，先从高度看，要将原本处于较低位置的凸耳组件提高到与油底壳结构上表面相同的高度位置，再从水平跨度看，要使飞轮壳结构宽度与其水平跨度能够和谐一致。在确定处凸耳组件的固定位置时，需要找准油底壳结构连接螺栓的中心线外侧再加以固定，确保能够在整个缸体结构上以较好的角度展开。对深裙式缸体的油底壳组件而言，其本身出现的结构变化并不会给刚度参数带来影响，这时更需关注的是铸造工艺和水平，通过优化和提升生产水平，对各部分组件的安装、调试进行干预，能够在发动机设备内部更好地解振动、噪声现象，也能达到良好的优化效果。

3.3 油底壳结构

在发动机设备的油底壳的结构出现变化时，与变速箱组件、发动机设备相连的螺栓跨度参数也会出现增加，这一技术条件的变化能够为曲柄中心线提供夹紧力支持。为了更好地优化和解决噪声、振动现象，要重点关注发动机设备与油底壳间的密封条，确保两者间的密封性。

4  结束语

综上所述，当前的城市中出現的汽车交通工具越来越多，伴随而来的就是发动机所带来的振动、噪声情况，帮助更多人解决汽车发动机设备的振动和噪声问题已经迫在眉睫。为了更好地为驾驶者提供良好的用车体验，保证发动机设备稳定、安全运行，需要逐个查找、分析导致上述问题的原因，通过科学而系统的分析，制定相对的干预和操作方案，为汽车发动机发挥出最优效果提供技术支持。

参考文献：

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