发动机排气噪声的特性及控制方法

安宇航

（长春汽车工业高等专科学校，吉林 长春 130000）

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发动机排气噪声的特性及控制方法

安宇航

（长春汽车工业高等专科学校，吉林 长春 130000）

发动机噪声主要由空气动力性噪声、机械噪声和燃烧噪组成，其中空气动力性噪声的排气噪声所占的比重最大。控制排气噪声可以通过声源控制和使用消声器两种途径，目前常用的控制方法是使用消声器。

噪声控制；排气噪声；消声器

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.12.060

CLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-178-02

1、发动机噪声的组成

发动机是由两大机构和五大系统组成的十分复杂的机器，其在运转过程中会发出多声源复杂的噪声。发动机的噪声主要有：各部件工作时的机械噪声，燃料燃烧时产生的噪声，气体所带来空气动力性的噪声。气体产生的噪声主要有：风扇运转带来的噪声和进、排气系统带来的噪声，其中影响最大的是排气噪声。

2、发动机排气噪声的特性

发动机的排气噪声主要有：排气管及管口辐射出的噪声，消声器因振动引起的噪声。对发动机排气噪声强弱影响的因素较多，其中发动机的转速和发动机转速的影响是最大的。

在发动机运转过程中，气缸内处于高压高温的状况，再加上排气周期性开启，致使燃烧后的废气以高能量脉冲形式排出，从而产生宽频带的噪声。在排气噪声中，有以下几类主要的噪声。

2.1 基频排气噪声

在排气门周期性开启时，燃烧后的废气会高速排出，刚排出的废气会对排气门附近已排出的废气产生冲击，致使被冲击气体的压力迅速变化，从而发出低频噪声。这部分噪声为低频噪声，且带有周期性，它的影响会因频率的变大而逐渐减弱。

2.2 气柱共振噪声

排气门的周期性开启会导致多个气流柱残留在排气管内。在排气管内，这些气柱会发生共振，从而发出气柱共振噪声。其中排气系统的结构尺寸、基频噪声以及废气的流速对这一部分噪声的影响较大。当基频噪声与该噪声的频率达到一致时，气柱共振噪声的影响会变得很强。

2.3 排气歧管的噪声

目前汽车上使用的发动机多为多缸发动机，因此，同一时刻，各缸的工作行程不同，导致排气门的开启时刻也不同，当其中某个排气门开启排出废气时，气体虽然会向排气总管流动，但势必也会有一些气体向别的排气门的附近流动，且气体的流速会因曲轴的转动而发生变化，从而带来带有周期性的涡流，歧管内的气体会因涡流作用而产生高频噪声。

2.4 赫姆霍兹噪声

在发动机运转并且排气门开启时，排气管和气缸会组成一个共振体，它与赫姆霍兹共振器相似，因此会发出赫姆霍兹共振噪声。发动机的频率对这部分声影响较大。这部分噪声在单缸机上的影响较大，而在多缸机上，要比其它噪声的影响小。

2.5 气体喷注噪声和气体冲击噪声

在发动机运转时，气缸内会形成高压状态，当排气门开启时，废气会喷注出气缸，致使排气门附近发出喷注噪声。由于排出的废气具有粘性，刚刚排出的废气会卷吸之前喷注出的废气，气体与气体之间相互作用，从而产生涡流，而涡流发出一部分噪声。此外，残留在排气门附近的气体并不是连续不断的，因此压力也不是连续不断的，这样就会出现冲击波现象，从而发出冲击噪声。这两部分噪声皆为连续宽带高频噪声，它们的影响会因气体流速的上升而变强。

2.6 排气管内表面的紊流噪声和摩擦噪声

当发动机处于临界排气时，其中一部分废气会在排气门附近形成流速近似附近声速的紊流。废气形成的紊流会在排气管内面上转变为一层薄薄的附面层，并且附面层中的气体的流动速度想当的不稳定，从而出现涡流。再加上排出的废气的温度与排气管自身的温度存在差异，这样就会促进紊流的进一步形成，从而形成更大的涡流。由于排气管内面的不光滑，而形成了一些凸起，这些凸起会导致废气的压力出现局部变化，从而产生噪声，这部分噪声一般为宽带高频噪声。

2.7 其他噪声

除上述主要的噪声外，排气噪声中还存在一些其它的次要噪声，例如发动机运转时，排气门自身发出的涡流噪声和机械噪声；排气系统因发动机的振动而发出的机械噪声；在排气管内部，气缸排出的废气进行二次燃烧所发出的噪声气缸排出的气体在经过排气消声器以及排气管断面或者角度突变处时，发出的噪声等等。

3、发动机排气噪声的控制

降低噪声的方法一般有两种，一种方法是从声源上调整控制，以降低源头的噪声强度；另一种方法是在噪声的传播途径上加以控制，在噪声扩撒的过程中，减弱噪声的强度。对于发动机来说，控制发动机的排气噪声也是一样的，其一是调整发动机发出的噪声，其二就是在排气系统中使用消声器，在噪声的传播过程中加以控制。

3.1 调整控制噪声声源

发动机是汽车的心脏，动力的来源，要想提高汽车的动力性，一个有效的途径就是提高发动机的工作能力，这样一来，势必会增大发动机的噪声。发动机的结构发杂，零部件较多，调整控制排气噪声声源也就是调整控制发动机的结构，这样一来，不但发动机自身的性能会受到影响，与发动机相关的各部件也会受到一定的影响，从而产生连锁反应。因此调整控制噪声声源虽然有效，但技术要求很高。

3.2 使用汽车排气消声器

在发动机排气系统上安装使用消声器，虽然会提升汽车整车的成本，也会占用汽车的一部分空间，但却可以在保证对发动机以及与发动机相关的各部件的设计和性能影响较小的情况下，衰减发动机的排气噪声，因此，目前在排气系统中加装消声器是控制发动机排气噪声的最有效的途径。

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[4] 韦玲.4100QB发动机消声器的排气管声学特性仿真分析及试验研究：[硕士学位论文].昆明.昆明理工大学.

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[6] 刘海军.4100QB发动机排气消声系统匹配的声学特性分析及试验研究：[硕士学位论文].昆明.昆明理工大学.

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，就职于长春汽车工业高等专科学。