浅谈对汽车发动机中噪音分析与研究

杨阳 蒋福宗

摘 要：汽车工业的发展， 给世界带来了现代物质文明， 但同时也带来了环境噪声污染等社会问题。汽车噪声控制日益引起人们的关注， 尤其是近几年来， 作为汽车乘坐舒适性的重要指标， 汽车噪声也在很大程度上反映出生产厂家的设计水平及工艺水平， 噪声水平成为衡量汽车质量的重要标志之一， 因此最大限度地控制汽车噪声成为追求的方向。

关键词：噪音危害；控制措施

1.汽车发动机产生噪音的危害

经科学研究和长期实践证明， 由于噪声的影响， 会导致驾驶员神经系统功能下降。

1.1条件反射受到抑制，神经末梢受损， 震动觉、痛觉功能减退， 对环境温度变化的适应能力降低。

1.2车辆的震动使手掌多汗， 指甲松脆。

1.3震动过强时， 驾驶员会感到手臂疲劳、麻木、握力下降。长此下去， 会使肌肉痉挛、萎缩， 引起关节的病变， 出现脱钙、局部骨质增长或变形性关节炎。

1.4强烈的震动和伴随的噪音长期刺激人体， 会使植物神经功能紊乱，出现恶心、呕吐、失眠和眩晕等症状。

1.5女驾驶员还会出现月经失调、痛经、流产、子宫脱垂等病症。噪声的危害应引起高度的重视。

2.汽车发动机中噪音的类型及相关控制措施

2.1车辆噪声主要是发动机噪声， 按其产生的机理可以分为结构振动噪声和空气动力噪声。

2.1.1空气动力噪声

凡是由于气体扰动以及气体和其他物体相互作用而产生的噪声称为空气动力噪声， 它包括进气噪声、排气噪声、风扇噪声。

2.1.2结构振动噪声

发动机的每一个零件在激振力的作用下发生振动而辐射的噪声， 根据激振力的不同可以分为燃烧噪声、机械噪声、液体动力噪声三类。燃烧噪声是指气缸燃烧压力通过活塞、连杆、曲轴、缸体等途径向外辐射产生的噪声； 机械噪声是发动机的零部件作往复的运动和旋转运动产生的周期力、冲击力和撞击力对发动机结构激振产生的噪声；液体动力噪声是发动机中液体流动产生的力对发动机结构激振产生的噪声。此外， 由于机械撞击、摩擦和机械载荷的作用， 车内装备的运动部件也会产生振动和车内噪声。

2.1.3控制措施

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

（2）废气再循环。将发动机排出的废气部分通过进气管送回气缸， 其初衷是降低排放， 但客观上， 这样做提高了进气温度和燃烧室壁温度， 有降低噪声的作用。

（3）采用双弹簧喷油阀实现预喷。即将原本打算一个循环一次喷完的燃油分两次喷。第一次先喷入其中的小部分， 提前在主喷之前就开始进行点燃的预反应， 如此可减少滞燃期内积聚的可点燃油量。

（4）采用增压技术， 柴油机增压后， 进入气缸的空气充量密度、温度和压力增加， 从而改善了混合气的着火条件， 使着火延迟期缩短。

（5）燃烧室的选择和设计。燃烧室的型式和尺寸及燃烧系统的设计对燃烧噪声的大小产生影响。

（6）减小供油提前角。供油提前角不同， 导致在着火延迟期内喷入的燃料量不同， 从而对燃烧过程产生影响，使发动机功率， 油耗和排放物、噪声发动变化。

2.2按噪声产生的性质， 发动机噪声可分为以下几种

2.2.1燃烧噪声

燃烧噪声产生机理：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，因此在这里主要以柴油机为例来说明如何降低燃烧噪声。相关控制措施：

（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。但压缩比主要决定了柴油机的机械负荷与热负荷水平。

（3）采用双弹簧喷油阀实现预喷。即将原本打算一个循环一次喷完的燃油分两次喷。

（4）共轨喷油系统是一种很有前途的直喷式轿车柴油机电子控制高压燃油喷射系统， 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。

2.2.2机械噪声

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。主要有活塞敲击噪声和气门机械噪声。

相关控制措施：

2.2.3活塞敲击噪声

发动机运转时，活塞对缸壁的强烈敲击，产生噪声。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。例如在D=180mm 单缸试验机上，采用专用润滑油喷向气缸壁上供给机油，结果使机体的振动降低6dB（A）。显然，这种措施在实用上是受到限制的。

（2）采用在活塞裙部开横向隔热槽，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，为增加缸套的刚度，可采用增加缸套厚度或带加强肋的方法。

（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。

2.2.4传动齿轮噪声

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。使壳体激发出噪声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，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。

2.2.5降低配气机构噪声

内燃机大都采用凸轮、气门配气机构，机构中包括凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、氣门等零件。降低配气机构噪声的措施主要有：

（1）良好的润滑能减少摩擦，降低摩擦噪声。推荐怠速时凸轮与挺柱间的最小油膜厚度2Lm，1000r/min 时最小油膜厚度为3Lm。

（2）减少气门间隙可减少摇臂与气门之间的撞击，但不能使气门间隙太小。采用液力挺柱可以从根本上消除气门间隙，降低噪声。

（3）缩短推杆长度是减轻系统重量、提高刚度的有效措施，对减少噪声特别有利。

2.2.6风扇噪声

风扇噪声由旋转噪声和涡流噪声组成。旋转噪声又叫叶片噪声，是由于旋转的叶片周期性地切割空气引起空气的压力脉动而产生的。可以通过降低风扇的转速、使叶片非均匀分布（如采用四叶片风扇成X 行布置，相互夹角呈70°和110°）、适当选择风扇与散热器之间的距离、改变叶片形状、以及选择叶片的材料等来降低风扇噪声。

2.2.7涡流增压器噪声

涡轮增压器噪声类似风扇噪声，由于转速高，其噪声以旋转噪声为主，并有高频特性。除类似于风扇噪声降噪外，高压进气系统可用共振腔以滤掉压力脉动。涡轮增压器的安装基础允许刚度足够大以避免噪声和共振。

2.2.8进、排气系统噪声进气系统的噪声主要包括空气噪声、冲击噪声、辐射噪声和气流摩擦噪声。主要通过消声器来降低噪声。

2.2.9发动机机体部件的结构响应和辐射噪声发动机的燃烧激振力和机械激振力通过各种结构零件传递到发动机的外表面上，形成表面的振动响应。表面上的振动又激发介质（空气）质点的振动而形成声波向外辐射。增加结构刚度和阻尼是减少表面振动的基本措施。在同样的激振力作用下，减少结构表面响应也可使噪声降

3.结语

降低汽车噪声是未来汽车科技的一个重要课题。汽车噪声的治理应走全方位综合治理之路。首先， 要发挥各级政府的行政职能， 不断完善噪声法规， 为治理汽车噪声提供强有力的法律保证和持久的推动力； 其次， 科技是治理汽车噪声的根本途径， 各汽车厂商应遵循法规要求， 调动一切科技手段， 积极应用消声新技术， 不断促进汽车部件和总体的低噪声化。