淺談發(fā)動機的噪聲問題與控制措施

史劍峰

【摘 要】發(fā)動機噪聲問題是引起噪聲污染的重要問題，如何降低發(fā)動機的噪聲是一個重要的課題。本文就發(fā)動機的噪聲問題分析了其噪聲源，介紹了其噪聲識別技術(shù)，并對發(fā)動機噪聲的主要控制措施進行了總結(jié)。

【關鍵詞】發(fā)動機；噪聲源；噪聲控制

噪聲污染是當今社會的一大環(huán)境污染。車輛的發(fā)動機作為重要的噪聲污染源之一，已經(jīng)越來越受到研究工作者的重視。降低發(fā)動機的噪聲水平已經(jīng)成為一項重要課題。國家制定了相應的發(fā)動機噪聲限值標準，嚴格的治理發(fā)動機的噪聲污染問題。要降低發(fā)動機的噪聲，就必需研究發(fā)動機噪聲的產(chǎn)生機理和影響因素，識別噪聲源，找到對應的降噪措施。為此，本文介紹了發(fā)動機的噪聲源和識別技術(shù)，以及總結(jié)了主要的噪聲控制措施。

1 發(fā)動機的噪聲源分析

發(fā)動機的噪聲是有多種噪聲源發(fā)出的噪聲組合而成。主要噪聲源大致可分為氣體動力噪聲、燃燒噪聲和結(jié)構(gòu)動力噪聲。其中氣體動力噪聲直接輻射，燃燒噪聲和結(jié)構(gòu)動力噪聲由發(fā)動機表面輻射。

1.1 氣體動力噪聲

氣體動力噪聲主要分為進氣、排氣和風扇噪聲。其中，排氣噪聲一般是最大的噪聲源。排氣噪聲按產(chǎn)生機理包括基頻噪聲、氣柱共振噪聲、噴注噪聲、紊流噪聲、渦流噪聲、赫姆霍茲共振噪聲等。影響排氣噪聲的主要因素包括轉(zhuǎn)速、負荷、排氣管等。

風扇噪聲在風冷發(fā)動機中可能成為主要的噪聲源。風扇噪聲由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成。旋轉(zhuǎn)噪聲由風扇葉片切割空氣流產(chǎn)生周期性擾動而引起。渦流噪聲是氣流在葉片上分離時由于氣體粘性便滑脫或分裂成游渦流而輻射的一種非穩(wěn)定流動噪聲。風扇噪聲的影響因素有風扇的運轉(zhuǎn)參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和冷卻系統(tǒng)等。

1.2 燃燒噪聲

燃燒噪聲是缸內(nèi)混合氣燃燒產(chǎn)生的氣體力直接激振發(fā)動機結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的噪聲。燃燒噪聲的產(chǎn)生機理正逐步被明確。燃燒噪聲的產(chǎn)生表現(xiàn)在三方面：一是，由氣缸內(nèi)氣體壓力急劇變化引起動力載荷，瞬間激勵使得各傳聲零件自振振動，向外發(fā)射中高頻噪聲；二是，由氣缸內(nèi)氣體點火燃燒的沖擊波在氣缸內(nèi)多次反射引起氣體的高頻振動，其頻率為氣缸內(nèi)氣體的自振頻率，向外輻射高頻噪聲；三是，由氣缸內(nèi)氣體壓力平穩(wěn)變化引起的載荷，激勵起連接部件的強迫振動，向外輻射噪聲。

燃燒噪聲經(jīng)過與之接觸的零件最終通過機體表面輻射出來。因此，它受其傳聲零件本身的振動傳遞特性的影響很大，部分噪聲成分會受到制約而大大衰減。燃燒噪聲實際輻射出的低頻段較少，主要為高頻段。

1.3 結(jié)構(gòu)動力噪聲

結(jié)構(gòu)動力噪聲是指運動零件摩擦撞擊而激發(fā)的噪聲和由于機械作用力激發(fā)零件固有振動而產(chǎn)生的噪聲。結(jié)構(gòu)動力噪聲與轉(zhuǎn)速有密切的關系，當發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)時往往成為主要的噪聲源。結(jié)構(gòu)動力噪聲主要包括活塞敲擊噪聲、齒輪噪聲、配氣機構(gòu)噪聲、噴油泵噪聲、機體和零部件振動噪聲。通?；钊麑飧妆诘那脫羰前l(fā)動機最大的結(jié)構(gòu)動力噪聲源。齒輪噪聲主要由齒輪嚙合噪聲和齒輪固有振動噪聲組成。配氣機構(gòu)噪聲在發(fā)動機高速運轉(zhuǎn)中一般有較高的比重。噴油泵噪聲與噴油泵的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速，泵內(nèi)燃油壓力和供油量有很密切的關系。另外，機體和零部件振動所輻射的噪聲也是一個重要的噪聲源。

2 發(fā)動機噪聲源識別技術(shù)

噪聲源的識別同樣也是一個重要的發(fā)動機噪聲研究內(nèi)容。通過噪聲源識別技術(shù)分析發(fā)動機噪聲的來源及頻譜組成，以便找到有效的控制措施來降低發(fā)動機的噪聲。噪聲識別技術(shù)由測量技術(shù)和信息分析技術(shù)構(gòu)成。噪聲識別的方法較多，包括近場聲壓法、封閉法、表面振動法、近場測量法、分別云轉(zhuǎn)法、聲全息法、聲腔測量法、神經(jīng)網(wǎng)絡法、信號處理法等。噪聲測量的儀器有聲級計、頻譜分析儀器、聲級記錄儀、數(shù)據(jù)采集儀器等。

3 發(fā)動機的噪聲控制措施

3.1 噪聲控制的基本途徑

噪聲產(chǎn)生污染必需包括聲源、傳聲途徑和受主三個要素。因此，控制噪聲也應從這三個方面入手。發(fā)動機的噪聲控制主要針對噪聲源和傳播途徑。

3.2 對主要噪聲源的控制

在對發(fā)動機噪聲識別后可以找到對整機噪聲貢獻較大的一些噪聲源，有針對性的采取降噪措施。如氣體動力噪聲中的排氣噪聲通?？捎门艢庀暺鬟M行降噪。合理選用和設計消聲器，使得排氣噪聲處于比較次要地位即可。風扇噪聲可以通過適當控制風扇轉(zhuǎn)速、改變風扇葉片的形狀和材質(zhì)來降低噪聲。對于燃燒噪聲，可以改變其發(fā)火特性使燃燒進程變得平緩，以及選擇合理的燃燒室結(jié)構(gòu)，能取得較好的降噪效果。對于結(jié)構(gòu)動力噪聲中的齒輪噪聲，可以通過提高齒輪的加工精度、改變齒輪材質(zhì)、齒輪的嚙合方式和提高齒輪室蓋剛度來達到降噪的目的。適當減少活塞與氣缸間的間隙、將活塞銷孔偏置可降低活塞敲擊噪聲。

3.3 噪聲傳遞及輻射控制

噪聲從噪聲源發(fā)出經(jīng)過各個部件傳遞，最終通過表面輻射出來。有些零部件如油箱和油底殼、進氣歧管等可通過彈性聯(lián)接來控制噪聲。有些零部件如氣缸蓋罩和齒輪室蓋可采用雙層結(jié)構(gòu)來屏蔽一部分噪聲。機體可以增加壁厚或局部加肋、選擇合理的結(jié)構(gòu)形式和造型來減小噪聲的輻射。表面蓋板和罩殼等可以涂以阻尼材料或采用復合材料來降噪。

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[責任編輯：王楠]