發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲的特性及控制方法

安宇航

（長(zhǎng)春汽車(chē)工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校，吉林 長(zhǎng)春 130000）

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發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲的特性及控制方法

安宇航

（長(zhǎng)春汽車(chē)工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校，吉林 長(zhǎng)春 130000）

發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲主要由空氣動(dòng)力性噪聲、機(jī)械噪聲和燃燒噪組成，其中空氣動(dòng)力性噪聲的排氣噪聲所占的比重最大?？刂婆艢庠肼暱梢酝ㄟ^(guò)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(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的組成

發(fā)動(dòng)機(jī)是由兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)組成的十分復(fù)雜的機(jī)器，其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)發(fā)出多聲源復(fù)雜的噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲主要有：各部件工作時(shí)的機(jī)械噪聲，燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的噪聲，氣體所帶來(lái)空氣動(dòng)力性的噪聲。氣體產(chǎn)生的噪聲主要有：風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)的噪聲和進(jìn)、排氣系統(tǒng)帶來(lái)的噪聲，其中影響最大的是排氣噪聲。

2、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲的特性

發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)引起的噪聲。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲強(qiáng)弱影響的因素較多，其中發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響是最大的。

在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，氣缸內(nèi)處于高壓高溫的狀況，再加上排氣周期性開(kāi)啟，致使燃燒后的廢氣以高能量脈沖形式排出，從而產(chǎn)生寬頻帶的噪聲。在排氣噪聲中，有以下幾類(lèi)主要的噪聲。

2.1 基頻排氣噪聲

在排氣門(mén)周期性開(kāi)啟時(shí)，燃燒后的廢氣會(huì)高速排出，剛排出的廢氣會(huì)對(duì)排氣門(mén)附近已排出的廢氣產(chǎn)生沖擊，致使被沖擊氣體的壓力迅速變化，從而發(fā)出低頻噪聲。這部分噪聲為低頻噪聲，且?guī)в兄芷谛?，它的影響?huì)因頻率的變大而逐漸減弱。

2.2 氣柱共振噪聲

排氣門(mén)的周期性開(kāi)啟會(huì)導(dǎo)致多個(gè)氣流柱殘留在排氣管內(nèi)。在排氣管內(nèi)，這些氣柱會(huì)發(fā)生共振，從而發(fā)出氣柱共振噪聲。其中排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)尺寸、基頻噪聲以及廢氣的流速對(duì)這一部分噪聲的影響較大。當(dāng)基頻噪聲與該噪聲的頻率達(dá)到一致時(shí)，氣柱共振噪聲的影響會(huì)變得很強(qiáng)。

2.3 排氣歧管的噪聲

目前汽車(chē)上使用的發(fā)動(dòng)機(jī)多為多缸發(fā)動(dòng)機(jī)，因此，同一時(shí)刻，各缸的工作行程不同，導(dǎo)致排氣門(mén)的開(kāi)啟時(shí)刻也不同，當(dāng)其中某個(gè)排氣門(mén)開(kāi)啟排出廢氣時(shí)，氣體雖然會(huì)向排氣總管流動(dòng)，但勢(shì)必也會(huì)有一些氣體向別的排氣門(mén)的附近流動(dòng)，且氣體的流速會(huì)因曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生變化，從而帶來(lái)帶有周期性的渦流，歧管內(nèi)的氣體會(huì)因渦流作用而產(chǎn)生高頻噪聲。

2.4 赫姆霍茲噪聲

在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)并且排氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)，排氣管和氣缸會(huì)組成一個(gè)共振體，它與赫姆霍茲共振器相似，因此會(huì)發(fā)出赫姆霍茲共振噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)的頻率對(duì)這部分聲影響較大。這部分噪聲在單缸機(jī)上的影響較大，而在多缸機(jī)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(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)會(huì)形成高壓狀態(tài)，當(dāng)排氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)，廢氣會(huì)噴注出氣缸，致使排氣門(mén)附近發(fā)出噴注噪聲。由于排出的廢氣具有粘性，剛剛排出的廢氣會(huì)卷吸之前噴注出的廢氣，氣體與氣體之間相互作用，從而產(chǎn)生渦流，而渦流發(fā)出一部分噪聲。此外，殘留在排氣門(mén)附近的氣體并不是連續(xù)不斷的，因此壓力也不是連續(xù)不斷的，這樣就會(huì)出現(xiàn)沖擊波現(xiàn)象，從而發(fā)出沖擊噪聲。這兩部分噪聲皆為連續(xù)寬帶高頻噪聲，它們的影響會(huì)因氣體流速的上升而變強(qiáng)。

2.6 排氣管內(nèi)表面的紊流噪聲和摩擦噪聲

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于臨界排氣時(shí)，其中一部分廢氣會(huì)在排氣門(mén)附近形成流速近似附近聲速的紊流。廢氣形成的紊流會(huì)在排氣管內(nèi)面上轉(zhuǎn)變?yōu)橐粚颖”〉母矫鎸樱⑶腋矫鎸又械臍怏w的流動(dòng)速度想當(dāng)?shù)牟环€(wěn)定，從而出現(xiàn)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(huì)促進(jìn)紊流的進(jìn)一步形成，從而形成更大的渦流。由于排氣管內(nèi)面的不光滑，而形成了一些凸起，這些凸起會(huì)導(dǎo)致廢氣的壓力出現(xiàn)局部變化，從而產(chǎn)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(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，排氣門(mén)自身發(fā)出的渦流噪聲和機(jī)械噪聲；排氣系統(tǒng)因發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)而發(fā)出的機(jī)械噪聲；在排氣管內(nèi)部，氣缸排出的廢氣進(jìn)行二次燃燒所發(fā)出的噪聲氣缸排出的氣體在經(jīng)過(guò)排氣消聲器以及排氣管斷面或者角度突變處時(shí)，發(fā)出的噪聲等等。

3、發(fā)動(dòng)機(jī)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(diào)整控制，以降低源頭的噪聲強(qiáng)度；另一種方法是在噪聲的傳播途徑上加以控制，在噪聲擴(kuò)撒的過(guò)程中，減弱噪聲的強(qiáng)度。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噪聲也是一樣的，其一是調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的噪聲，其二就是在排氣系統(tǒng)中使用消聲器，在噪聲的傳播過(guò)程中加以控制。

3.1 調(diào)整控制噪聲聲源

發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的心臟，動(dòng)力的來(lái)源，要想提高汽車(chē)的動(dòng)力性，一個(gè)有效的途徑就是提高發(fā)動(dòng)機(jī)的工作能力，這樣一來(lái)，勢(shì)必會(huì)增大發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)發(fā)雜，零部件較多，調(diào)整控制排氣噪聲聲源也就是調(diào)整控制發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，這樣一來(lái)，不但發(fā)動(dòng)機(jī)自身的性能會(huì)受到影響，與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的各部件也會(huì)受到一定的影響，從而產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。因此調(diào)整控制噪聲聲源雖然有效，但技術(shù)要求很高。

3.2 使用汽車(chē)排氣消聲器

在發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)上安裝使用消聲器，雖然會(huì)提升汽車(chē)整車(chē)的成本，也會(huì)占用汽車(chē)的一部分空間，但卻可以在保證對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)以及與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)的各部件的設(shè)計(jì)和性能影響較小的情況下，衰減發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣噪聲，因此，目前在排氣系統(tǒng)中加裝消聲器是控制發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲的最有效的途徑。

[1] 劉劍,羅紅,鄧兆祥等.汽車(chē)排氣消聲器的實(shí)驗(yàn)與改進(jìn)設(shè)計(jì)，重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2003,26（3）.

[2] 范錢(qián)旺，石玲等.汽車(chē)排氣消聲器的試驗(yàn)研究及頻譜分析,汽車(chē)技術(shù),2008.7.

[3] 劉鵬飛,畢傳興.汽車(chē)消聲器聲學(xué)特性及流場(chǎng)特性數(shù)值分析,噪聲與振動(dòng)控制,2009.4.

[4] 韋玲.4100QB發(fā)動(dòng)機(jī)消聲器的排氣管聲學(xué)特性仿真分析及試驗(yàn)研究：[碩士學(xué)位論文].昆明.昆明理工大學(xué).

[5] 孫乙力.基于GT-POWER的抗性排氣消聲器分析及試驗(yàn)研究：[碩士學(xué)位論文].昆明.昆明理工大學(xué).

[6] 劉海軍.4100QB發(fā)動(dòng)機(jī)排氣消聲系統(tǒng)匹配的聲學(xué)特性分析及試驗(yàn)研究：[碩士學(xué)位論文].昆明.昆明理工大學(xué).

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(zhǎng)春汽車(chē)工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)。