淺談對(duì)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中噪音分析與研究

楊陽(yáng) 蔣福宗

摘 要：汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展， 給世界帶來(lái)了現(xiàn)代物質(zhì)文明， 但同時(shí)也帶來(lái)了環(huán)境噪聲污染等社會(huì)問(wèn)題。汽車(chē)噪聲控制日益引起人們的關(guān)注， 尤其是近幾年來(lái)， 作為汽車(chē)乘坐舒適性的重要指標(biāo)， 汽車(chē)噪聲也在很大程度上反映出生產(chǎn)廠(chǎng)家的設(shè)計(jì)水平及工藝水平， 噪聲水平成為衡量汽車(chē)質(zhì)量的重要標(biāo)志之一， 因此最大限度地控制汽車(chē)噪聲成為追求的方向。

關(guān)鍵詞：噪音危害；控制措施

1.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生噪音的危害

經(jīng)科學(xué)研究和長(zhǎng)期實(shí)踐證明， 由于噪聲的影響， 會(huì)導(dǎo)致駕駛員神經(jīng)系統(tǒng)功能下降。

1.1條件反射受到抑制，神經(jīng)末梢受損， 震動(dòng)覺(jué)、痛覺(jué)功能減退， 對(duì)環(huán)境溫度變化的適應(yīng)能力降低。

1.2車(chē)輛的震動(dòng)使手掌多汗， 指甲松脆。

1.3震動(dòng)過(guò)強(qiáng)時(shí)， 駕駛員會(huì)感到手臂疲勞、麻木、握力下降。長(zhǎng)此下去， 會(huì)使肌肉痙攣、萎縮， 引起關(guān)節(jié)的病變， 出現(xiàn)脫鈣、局部骨質(zhì)增長(zhǎng)或變形性關(guān)節(jié)炎。

1.4強(qiáng)烈的震動(dòng)和伴隨的噪音長(zhǎng)期刺激人體， 會(huì)使植物神經(jīng)功能紊亂，出現(xiàn)惡心、嘔吐、失眠和眩暈等癥狀。

1.5女駕駛員還會(huì)出現(xiàn)月經(jīng)失調(diào)、痛經(jīng)、流產(chǎn)、子宮脫垂等病癥。噪聲的危害應(yīng)引起高度的重視。

2.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)中噪音的類(lèi)型及相關(guān)控制措施

2.1車(chē)輛噪聲主要是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲， 按其產(chǎn)生的機(jī)理可以分為結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲和空氣動(dòng)力噪聲。

2.1.1空氣動(dòng)力噪聲

凡是由于氣體擾動(dòng)以及氣體和其他物體相互作用而產(chǎn)生的噪聲稱(chēng)為空氣動(dòng)力噪聲， 它包括進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲、風(fēng)扇噪聲。

2.1.2結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲

發(fā)動(dòng)機(jī)的每一個(gè)零件在激振力的作用下發(fā)生振動(dòng)而輻射的噪聲， 根據(jù)激振力的不同可以分為燃燒噪聲、機(jī)械噪聲、液體動(dòng)力噪聲三類(lèi)。燃燒噪聲是指氣缸燃燒壓力通過(guò)活塞、連桿、曲軸、缸體等途徑向外輻射產(chǎn)生的噪聲； 機(jī)械噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件作往復(fù)的運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的周期力、沖擊力和撞擊力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)激振產(chǎn)生的噪聲；液體動(dòng)力噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)中液體流動(dòng)產(chǎn)生的力對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)激振產(chǎn)生的噪聲。此外， 由于機(jī)械撞擊、摩擦和機(jī)械載荷的作用， 車(chē)內(nèi)裝備的運(yùn)動(dòng)部件也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和車(chē)內(nèi)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(tǒng)的直噴式柴油機(jī)的燃燒噪聲。

（2）廢氣再循環(huán)。將發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣部分通過(guò)進(jìn)氣管送回氣缸， 其初衷是降低排放， 但客觀(guān)上， 這樣做提高了進(jìn)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(shí)現(xiàn)預(yù)噴。即將原本打算一個(gè)循環(huán)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(kāi)始進(jìn)行點(diǎn)燃的預(yù)反應(yīng)， 如此可減少滯燃期內(nèi)積聚的可點(diǎn)燃油量。

（4）采用增壓技術(shù)， 柴油機(jī)增壓后， 進(jìn)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(shè)計(jì)。燃燒室的型式和尺寸及燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)燃燒噪聲的大小產(chǎn)生影響。

（6）減小供油提前角。供油提前角不同， 導(dǎo)致在著火延遲期內(nèi)噴入的燃料量不同， 從而對(duì)燃燒過(guò)程產(chǎn)生影響，使發(fā)動(dòng)機(jī)功率， 油耗和排放物、噪聲發(fā)動(dòng)變化。

2.2按噪聲產(chǎn)生的性質(zhì)， 發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲可分為以下幾種

2.2.1燃燒噪聲

燃燒噪聲產(chǎn)生機(jī)理：燃燒噪聲是由于氣缸內(nèi)周期變化的氣體壓力的作用而產(chǎn)生的。它主要取決于燃燒的方式和燃燒的速度。一般來(lái)說(shuō)，柴油機(jī)噪聲比汽油機(jī)的噪聲高得多，因此在這里主要以柴油機(jī)為例來(lái)說(shuō)明如何降低燃燒噪聲。相關(guān)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(tǒng)的直噴式柴油機(jī)的燃燒噪聲。

（2）提高壓縮比和應(yīng)用廢氣再循環(huán)技術(shù)也可降低柴油機(jī)的燃燒噪聲。但壓縮比主要決定了柴油機(jī)的機(jī)械負(fù)荷與熱負(fù)荷水平。

（3）采用雙彈簧噴油閥實(shí)現(xiàn)預(yù)噴。即將原本打算一個(gè)循環(huán)一次噴完的燃油分兩次噴。

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

2.2.2機(jī)械噪聲

機(jī)械噪聲是由于運(yùn)動(dòng)件之間以及運(yùn)動(dòng)件與固定件之間周期性變化的機(jī)械運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，它與激發(fā)力的大小、運(yùn)動(dòng)件的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。主要有活塞敲擊噪聲和氣門(mén)機(jī)械噪聲。

相關(guān)控制措施：

2.2.3活塞敲擊噪聲

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，活塞對(duì)缸壁的強(qiáng)烈敲擊，產(chǎn)生噪聲。降低活塞敲擊噪聲的措施有：

（1）采取活塞銷(xiāo)孔偏置，即將活塞銷(xiāo)孔適當(dāng)?shù)爻魍屏γ嫫? ～ 2mm。例如在D=180mm 單缸試驗(yàn)機(jī)上，采用專(zhuān)用潤(rùn)滑油噴向氣缸壁上供給機(jī)油，結(jié)果使機(jī)體的振動(dòng)降低6dB（A）。顯然，這種措施在實(shí)用上是受到限制的。

（2）采用在活塞裙部開(kāi)橫向隔熱槽，活塞銷(xiāo)座鑲調(diào)節(jié)鋼件，裙部鑲鋼筒，采用橢圓錐體裙等方式來(lái)減小活塞40℃冷態(tài)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(qiáng)肋的方法。

（4）改進(jìn)活塞和氣缸壁之間的潤(rùn)滑狀況，增加活塞敲擊缸壁時(shí)的阻尼，也可以減小活塞敲擊噪聲。

2.2.4傳動(dòng)齒輪噪聲

傳動(dòng)齒輪的噪聲是齒輪嚙合過(guò)程中齒與齒之間的撞擊和摩擦產(chǎn)生的。使殼體激發(fā)出噪聲降低傳動(dòng)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(dòng)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(jī)噪聲降低約0.5dB（A）左右，效果明顯。

2.2.5降低配氣機(jī)構(gòu)噪聲

內(nèi)燃機(jī)大都采用凸輪、氣門(mén)配氣機(jī)構(gòu)，機(jī)構(gòu)中包括凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、氣門(mén)等零件。降低配氣機(jī)構(gòu)噪聲的措施主要有：

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

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

（3）縮短推桿長(zhǎng)度是減輕系統(tǒng)重量、提高剛度的有效措施，對(duì)減少噪聲特別有利。

2.2.6風(fēng)扇噪聲

風(fēng)扇噪聲由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成。旋轉(zhuǎn)噪聲又叫葉片噪聲，是由于旋轉(zhuǎn)的葉片周期性地切割空氣引起空氣的壓力脈動(dòng)而產(chǎn)生的?？梢酝ㄟ^(guò)降低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、使葉片非均勻分布（如采用四葉片風(fēng)扇成X 行布置，相互夾角呈70°和110°）、適當(dāng)選擇風(fēng)扇與散熱器之間的距離、改變?nèi)~片形狀、以及選擇葉片的材料等來(lái)降低風(fēng)扇噪聲。

2.2.7渦流增壓器噪聲

渦輪增壓器噪聲類(lèi)似風(fēng)扇噪聲，由于轉(zhuǎn)速高，其噪聲以旋轉(zhuǎn)噪聲為主，并有高頻特性。除類(lèi)似于風(fēng)扇噪聲降噪外，高壓進(jìn)氣系統(tǒng)可用共振腔以濾掉壓力脈動(dòng)。渦輪增壓器的安裝基礎(chǔ)允許剛度足夠大以避免噪聲和共振。

2.2.8進(jìn)、排氣系統(tǒng)噪聲進(jìn)氣系統(tǒng)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(guò)消聲器來(lái)降低噪聲。

2.2.9發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體部件的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和輻射噪聲發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒激振力和機(jī)械激振力通過(guò)各種結(jié)構(gòu)零件傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)的外表面上，形成表面的振動(dòng)響應(yīng)。表面上的振動(dòng)又激發(fā)介質(zhì)（空氣）質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)而形成聲波向外輻射。增加結(jié)構(gòu)剛度和阻尼是減少表面振動(dòng)的基本措施。在同樣的激振力作用下，減少結(jié)構(gòu)表面響應(yīng)也可使噪聲降

3.結(jié)語(yǔ)

降低汽車(chē)噪聲是未來(lái)汽車(chē)科技的一個(gè)重要課題。汽車(chē)噪聲的治理應(yīng)走全方位綜合治理之路。首先， 要發(fā)揮各級(jí)政府的行政職能， 不斷完善噪聲法規(guī)， 為治理汽車(chē)噪聲提供強(qiáng)有力的法律保證和持久的推動(dòng)力； 其次， 科技是治理汽車(chē)噪聲的根本途徑， 各汽車(chē)廠(chǎng)商應(yīng)遵循法規(guī)要求， 調(diào)動(dòng)一切科技手段， 積極應(yīng)用消聲新技術(shù)， 不斷促進(jìn)汽車(chē)部件和總體的低噪聲化。