对发动机噪声控制的思考

夏勇

摘 要：随着汽车保有量的急剧增加，发动机的噪声污染已成为环境的主要污染源之一。下面从发动机噪声的影响及危害、发动机噪声的类型、发动机噪声产生的来源、控制发动机噪声的措施、发动机噪声的预防五方面来阐述。

关键词：发动机噪声;控制

1 发动机噪声的影响及危害

据国外有关资料表明，城市噪声的来源有70%来源于交通，而交通噪声中主要是汽车噪声。所以噪声的控制不仅关系到乘坐的舒适性，而且还关系到环境保护。汽车噪声主要来源于发动机，因此研究发动机噪声产生的机理以及噪声控制的措施在汽车噪声控制中显得尤为重要。

发动机噪声对人体的影响是多方面的，是全身性的，主要表现为：听觉系统主观感觉耳鸣、听力下降等;神经系统：有头痛、头晕、耳鸣、心悸与睡眠障碍等;心血管系统：心率加快，血压不稳等;消化系统：可能影响消化系统的功能等。

2 发动机噪声的类型

发动机噪声的类型主要包括：燃烧噪声，机械噪声，进、排气噪声和风扇噪声等。

燃烧噪声是在可燃混合气体燃烧时，因气缸内气体压力急剧上升冲击发动机各部件，使之振动而产生的噪声。

机械噪声包括活塞敲击声、气门机构冲击声、正时齿轮运转声等。

进、排气噪声是由于发动机在进、排过程中，气体压力波和气体流动所引起的振动而产生的噪声。

风扇噪声由旋转噪声和涡流噪声组成。

3 发动机噪声产生的原因

按发动机噪声产生的类型，下面主要介绍各种噪声产生的机理：

3.1 燃烧噪声产生原因

燃烧噪声是由于气缸内周期变化的气体压力的作用而产生的。它主要取决于燃烧的方式和燃烧的速度。一般来说，柴油机噪声比汽油机的噪声高得多。

3.2 机械噪声产生的原因

机械噪声是由于运动件之间以及运动件与固定件之间周期性变化的机械运动而产生的，它与激发力的大小、运动件的结构等因素有关。

传动齿轮的噪声是齿轮啮合过程中齿与齿之间的撞击和摩擦产生的。在内燃机上，齿轮承载着交变的动负荷，这种动负荷会使轴产生变形，并通过轴在轴承上引起动负荷，轴承的动负荷又传给发动机壳体和齿轮室壳体，使壳体激发出噪声。此外，曲轴的扭转振动也会破坏齿轮的正常啮合而激发出噪声。

配气机构中零件多，在运动中易于激起振动和噪声，包括气门和气门座的撞击，由气门间隙引起的传动撞击，挺柱和凸轮工作面之间的摩擦振动，高速时气门不规则运动引起的噪声。配气机构噪声与气门机构的型式、气门间隙、气门落座速度、材料、凸轮型线、凸轮和挺柱的润滑状态、内燃机的转速等因素有关。

3.3.1 进气噪声产生的原因

发动机工作时，高速气流经空气滤清器、进气管、气门进入气缸、在此气流流动过程中会产生一种强烈的空气动力噪声，有时比发动机本身噪声高出5 dB（A）左右，成为仅次于排气噪声的主要噪声源。该噪声随着发动机转速的提高而增强，与负荷的变化无关，其成分主要包括：周期性压力脉动噪声、涡流噪声、气缸的玄姆霍兹共振噪声和进气管的气柱共振噪声。

3.3.2 排气噪声产生的原因

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，包括基频及其高次谐波的成分。该噪声是汽车及发动机中能量最大最主要的噪声源，它的噪声往往比发动机整机噪声高10dB（A）～15dB（A）。除基频噪声及其高次谐波噪声外，排气噪声还包括排气总管和排气歧管中存在的气柱共振噪声、气门杆背部的涡流噪声、排气系统管道内壁面的紊流噪声等，此外，排气噪声还包括废气喷射和冲击噪声。

3.3.3 风扇噪声产生的原因

它主要是空气动力噪声，由旋转噪声和涡流声所组成。旋转噪声是由旋转叶片周期性地打击空气质点，引起空气的压力脉动所产生的。涡流噪声是由于风扇旋转时使周围的空气产生涡流，这些涡流又因粘滞力的作用分裂成一系列独立的小涡流，这些涡流和涡流的分裂会使空气发生扰动，形成压力波动，从而激发出的噪声，涡流噪声一般是宽频带噪声。

4 控制发动机噪声的措施及预防

经过分析发动机噪声的种类及原因。下面主要阐述各种噪声的控制措施及预防：

4.1 燃烧噪声的控制措施

在汽车发动机中，燃烧噪声在总噪声中占有很大比例，尤其是柴油发动机，研究如何降低其燃烧噪声具有特别重要的意义。下面目前所研究出的降噪措施主要有：

（1）采用隔热活塞以提高燃烧室壁温度，缩短滞燃期，降低空间雾化燃烧系统的直喷式柴油机的燃烧噪声。

（2）提高压缩比和应用废气再循环技术也可降低柴油机的燃烧噪声。

（3）采用双弹簧喷油阀实现预喷。这样可减少滞燃期内积聚的可燃混合气数量。

（4）采用共轨喷油系统，它能减少滞燃期内喷入的燃油量，特别有利于降低燃烧噪声。

（5）采用增压。

（6）优化燃烧室的选择和设计。

（7）减小供油提前角。

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，使压力升高率降低和减小燃烧噪声。

4.2 机械噪声的控制措施

4.2.1 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，从而降低齿轮啮合传动噪声。

（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原钢制齿轮后，整机噪声降低约0.5dB（A）左右，效果明显。

（3）合理布置齿轮传动系位置，如将正时齿轮布置在飞轮端，可有效减少曲轴系扭振对齿轮振动的影响。

（4）采用正时齿形同步带传动代替正时齿轮转动，可明显降低噪声。

4.2.2 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1～2mm。

（2）采用在活塞裙部開横向隔热槽，活塞销座镶调节钢件，裙部镶钢筒，采用椭圆锥体裙等方式来减小活塞40℃冷态配缸间隙。

（3）增加缸套的刚度，不仅可以降低活塞的敲击声，也可以降低因活塞与缸壁摩擦而产生的噪声。

（4）改进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。

4.3 进排气噪声的控制措施

4.3.1 排气噪声的控制措施主要是：

（1）从排气系统的设计方面入手，如合理设计排气管的长度与形状，以避免气流产生共振和减少涡流。

（2）废气涡轮增压器的应用可降低排气噪声，但最有效的方法还是采用高消声技术，使用低功率损耗和宽消声频率范围的排气消声器。

4.3.2 进气噪声的控制措施主要是：

（1）合理的设计和选用空气滤清器。减少进气系统内压力脉动的强度和气门通道处的涡流强度。

（2）引进消声措施。

4.4冷却风扇及其他部件发出的噪声的控制措施

可使用带液力偶合器或变速扭角的风扇，也可采用水温感应电动离合风扇。把风扇材料改为尼龙后，对减小风扇噪声也有一定的效果。

5 结束语

噪声污染已成为举世瞩目的一大公害，因此对发动机噪声的控制已成为汽车研究中急切需要解决的课题之一，国家关于汽车噪声控制的法规将会越来越严格。所以，研究开发和推广应用汽车噪声控制技术具有十分广阔的市场前景。

参考文献：

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