淺析活塞式內(nèi)燃機(jī)汽車噪聲控制技術(shù)

梁娜

摘要：進(jìn)入新時期后，人們收入水平的提高，加快了我國汽車市場的發(fā)展速度。同時，人們對汽車的舒適性也提出了更高的要求。過大的噪聲下，不僅威脅到行車安全，也會帶來嚴(yán)重的噪音污染。針對這種情況，就需要結(jié)合活塞式內(nèi)燃機(jī)汽車的噪聲來源，采取針對性的控制技術(shù)，促使汽車的噪聲得到有效降低。

Abstract： After entering the new period， the improvement of people's income level has accelerated the development speed of China's automobile market. At the same time， people also put forward higher requirements for the comfort of cars. Too much noise not only threatens the safety of driving， but also brings serious noise pollution. In view of this situation， it is necessary to combine the noise source of piston-type internal combustion engine vehicle and adopt targeted control technology to promote the noise reduction of the vehicle effectively.

關(guān)鍵詞：活塞式內(nèi)燃機(jī);汽車噪聲;控制技術(shù)

Key words： piston internal combustion engine;automobile noise;control technology

中圖分類號：U461.4;U467.493? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2020）20-0049-02

0? 引言

通過噪聲控制技術(shù)的應(yīng)用，能夠促使車輛乘坐舒適性得到提高，環(huán)境污染問題也可得到一定程度的防治。近些年來，汽車噪聲控制受到了全社會充分的重視。相關(guān)人員要對活塞式內(nèi)燃機(jī)汽車噪聲來源全面總結(jié)，采取科學(xué)的控制技術(shù)，促使活塞式內(nèi)燃機(jī)汽車的噪聲與國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)所符合，提高汽車的整體舒適度和環(huán)保性。

1? 活塞式內(nèi)燃機(jī)汽車噪聲的種類和來源

通過分析活塞式內(nèi)燃機(jī)汽車的結(jié)構(gòu)類型，可以從內(nèi)燃機(jī)噪聲、車身噪聲、電器設(shè)備噪聲以及底盤噪聲等四個方面來總結(jié)主要的噪聲來源。這些噪聲來源中，內(nèi)燃機(jī)噪聲具有最大的聲強(qiáng)。因此，要想對活塞式內(nèi)燃機(jī)汽車噪聲進(jìn)行有效控制，最為根本的路徑是降低內(nèi)燃機(jī)的噪聲。

2? 活塞式內(nèi)燃機(jī)噪聲的分類

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，活塞式內(nèi)燃機(jī)存在著較多的激勵源。結(jié)合激勵源的不同，可從機(jī)械噪聲、燃燒噪聲以及空氣動力噪聲三個方面進(jìn)行分析。

首先，機(jī)械噪聲?；钊絻?nèi)燃機(jī)運(yùn)行過程中，運(yùn)動件、固定件會出現(xiàn)互相撞擊現(xiàn)象，再加上構(gòu)件振動、附件運(yùn)轉(zhuǎn)等因素的綜合作用，導(dǎo)致機(jī)械噪聲的產(chǎn)生。其次，燃燒噪聲。燃燒會突然改變氣缸內(nèi)的氣體壓力，再加上火焰?zhèn)鞑ヌ匦缘挠绊?，?dǎo)致有沖擊波來回沖擊氣缸。之后經(jīng)過經(jīng)氣缸振動向內(nèi)燃機(jī)表面?zhèn)鞑ズ桶l(fā)射。最后，空氣動力噪聲。本種噪聲又可以劃分為多種類型。第一，進(jìn)氣噪聲。開啟、閉合進(jìn)氣門的過程中，會改變進(jìn)氣管壓力，形成進(jìn)氣噪聲。第二，排氣噪聲。內(nèi)燃機(jī)噪聲源中排氣噪聲占據(jù)的比例較多，其主要在超臨界的自由排氣期間內(nèi)形成。第三，風(fēng)扇噪聲。葉片在對空氣進(jìn)行切割時，會有旋轉(zhuǎn)噪聲產(chǎn)生。同時，葉片轉(zhuǎn)動過程中，又會有氣體渦流出現(xiàn)，進(jìn)而形成渦流噪聲。

3? 活塞式內(nèi)燃機(jī)噪聲控制技術(shù)

3.1 噪聲源的控制

首先，機(jī)械噪聲。結(jié)合分析得知，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)動部件的振動、沖擊作用下，形成了機(jī)械噪聲。其中，機(jī)械噪聲的大小受諸多因素的綜合影響，如零件加工精度、零件材料、運(yùn)轉(zhuǎn)速度等等。在機(jī)械噪聲控制時，可對運(yùn)動件的平衡性能進(jìn)行提高，對扭振進(jìn)行減少。針對曲柄連桿機(jī)構(gòu)的撞擊噪聲，一般要對活塞、缸壁的相對運(yùn)動條件下改善，如對活塞、缸壁的間隙適當(dāng)減小，對活塞裙部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計等，促使撞擊力度得到減小。也可將活塞銷孔中心與氣缸中心線偏離設(shè)置，促使活塞的敲擊噪聲得到降低。如福特、雪佛蘭等美國汽車生產(chǎn)廠家，都將氣缸中心偏置技術(shù)運(yùn)用過來。此外，也有其他的一些控制技術(shù)。如對活塞高度進(jìn)行增加，這樣活塞與缸壁撞擊時的承壓面積得到擴(kuò)大，撞擊力度得到減小。通過對活塞環(huán)的個數(shù)進(jìn)行減少，不僅活塞重量得到控制，活塞與缸壁的傳熱系數(shù)也可得到降低。通過對缸套厚度、剛度等進(jìn)行增加，可以促使活塞的敲擊噪聲進(jìn)行控制，活塞與缸壁摩擦導(dǎo)致的噪音也能夠得到降低。針對內(nèi)燃機(jī)傳動齒輪的噪聲，可對齒輪的彈性剛度、齒輪誤差等進(jìn)行控制，如對齒輪型式、齒輪參數(shù)進(jìn)行合理改進(jìn)，對齒輪的側(cè)向間隙進(jìn)行減小。優(yōu)化齒輪制作材料，選擇的材料具備較大的內(nèi)阻尼等，這樣能夠發(fā)揮材料的隔振功能。

其次，燃燒噪聲。燃燒噪聲受氣缸壓力升高率的直接影響，因此，要對最高壓力升高率進(jìn)行控制，促使燃燒噪聲得到降低。第一，將新型燃燒室應(yīng)用過來。相較于傳統(tǒng)直噴式燃燒室，分開式燃燒室與半分開燃燒室具有較低的燃燒噪聲。第二，對壓縮比適當(dāng)提高，將高牌號的油料應(yīng)用過來，這樣能夠縮短著火延遲期，促使著火延遲期內(nèi)的可燃混合氣形成量得到降低，繼而影響到壓力升高率，達(dá)到燃燒噪聲控制的目的。第三，要對供油合理組織，通過噴油提前角的適當(dāng)控制，促使預(yù)燃期得到縮短。也可在燃燒器內(nèi)，對噴油量適當(dāng)降低，這樣壓力升高率能夠得到有效控制，進(jìn)而達(dá)到燃燒噪聲降低的目的。第四，通過電子控制高壓燃油噴射系統(tǒng)的應(yīng)用，對延遲期燃油噴入精確控制。第五，通過廢氣渦輪增壓技術(shù)的運(yùn)用，對進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力等進(jìn)行提高，這樣預(yù)燃期能夠得到縮短。

最后，空氣動力噪聲。針對進(jìn)氣、排氣噪聲，可對進(jìn)氣管內(nèi)壓力脈動強(qiáng)度、截面處氣門渦流強(qiáng)度進(jìn)行降低。如進(jìn)氣管選用波紋管，能夠有效緩沖壓力脈動。也可對吸氣管道進(jìn)行延長，對空濾器容積進(jìn)行擴(kuò)大，對吸入孔適當(dāng)縮小等。在排氣方面，則要合理設(shè)計排氣系統(tǒng)，對排氣管材料合理選擇，促使共振問題得到規(guī)避，渦流得到減少。針對風(fēng)扇噪聲，則需考慮風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、效率以及風(fēng)量等因素。可對風(fēng)扇的葉片形狀優(yōu)化設(shè)計，通過安裝角的合理選擇，促使氣流流動狀況得到改善，風(fēng)扇效率得到提高。如相較于傳統(tǒng)鋼板壓制的風(fēng)扇，機(jī)翼形斷面風(fēng)扇具有更高的效率。要對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行降低，對導(dǎo)風(fēng)罩形狀適當(dāng)科學(xué)優(yōu)化，對風(fēng)扇直徑適當(dāng)增加等。也可對風(fēng)扇與護(hù)風(fēng)罩之間的間隙大力縮小，對風(fēng)扇、散熱器之間的距離合理控制等。

3.2 噪聲傳播途徑的控制

若無法控制內(nèi)燃機(jī)的噪聲源，則可將傳播途徑作為切入點(diǎn)，促使內(nèi)燃機(jī)噪聲得到有效降低。一般情況下，主要運(yùn)用這些控制技術(shù)：首先，合理安裝消聲器，促使內(nèi)燃機(jī)的空氣動力噪聲得到降低。其次，在發(fā)動機(jī)表面包裹相應(yīng)的材料和結(jié)構(gòu)，促使聲傳播通路得到隔離，達(dá)到噪聲降低的目的。其中，隔聲壁板、隔聲罩等應(yīng)用較為廣泛。通過隔聲罩的運(yùn)用，能夠在密閉、半密閉空間內(nèi)放置高噪聲源，避免向臨近區(qū)域傳播高噪聲。再次，通過將彈簧、橡膠等隔振元件合理設(shè)置于發(fā)動機(jī)外部部件與承載結(jié)構(gòu)之間，可以促使振動力的傳動量得到減少。也可將具有較大損耗系數(shù)的阻尼材料合理覆蓋于振動表面，有效控制噪聲的傳播。最后，可將一些能夠吸收聲能的材料應(yīng)用過來，以便對傳播途徑中的聲能進(jìn)行吸收，達(dá)到降低噪聲的目標(biāo)。

4? 活塞式內(nèi)燃機(jī)汽車其他噪聲的控制技術(shù)

4.1 底盤噪聲控制技術(shù)

首先，排氣噪聲。底盤噪聲的主要來源為排氣噪聲，涵蓋了渦流噪聲、脈沖噪聲等多種組成部分。針對排氣噪聲，要將有限元法、邊界元法等應(yīng)用過來，仿真分析消聲器的衰減效果，以便促使排氣噪聲得到降低。本項技術(shù)由于難度過大，目前正處于研發(fā)關(guān)鍵階段。在應(yīng)用過程中，需避免有重疊、耦合等問題出現(xiàn)于汽車的振動特性與消聲器的傳遞特性之間。此外，為促使汽車的動力性得到提高，需對排氣背壓進(jìn)行降低，這樣就要求對排氣管的直徑適當(dāng)減小。但減小排氣管直徑的同時，又會產(chǎn)生較大的排氣噪聲，導(dǎo)致有矛盾現(xiàn)象存在于內(nèi)燃機(jī)的動力性和靜謐性之間。針對這種情況，可將并聯(lián)流路消聲器運(yùn)用過來，不僅車輛動力性能得到提高，也可在很大程度上抑制氣流噪聲。針對排氣振動與噪音問題，則可借助于軟管等材料，對活塞式內(nèi)燃機(jī)、消聲器等進(jìn)行連接。實(shí)踐表明，本種方式能夠有效降低噪聲。

其次，傳動噪聲。傳動噪聲主要由傳動軸、變速箱齒輪的振動導(dǎo)致。針對這種問題，可科學(xué)校準(zhǔn)轉(zhuǎn)動軸的中心度，促使轉(zhuǎn)動偏心情況得到改善，扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致的振動幅度得到降低。要將扇形齒輪的低噪變速器運(yùn)用過來。借助于橡膠墊等減震材料的應(yīng)用，連接汽車底盤與依振動部件，包括變速箱、內(nèi)燃機(jī)等，促使振動問題得到阻斷，避免向底盤傳導(dǎo)。

4.2 電器設(shè)備噪聲控制技術(shù)

首先，冷卻風(fēng)扇噪聲。研究發(fā)現(xiàn)，汽車的底盤直接決定到冷卻風(fēng)扇的噪聲強(qiáng)度，因此，要優(yōu)化設(shè)計汽車底盤。同時，汽車傳動模式、散熱器結(jié)構(gòu)等因素也會影響到冷卻風(fēng)扇的噪聲程度，要將這些因素作為優(yōu)化設(shè)計的重點(diǎn)。其次，發(fā)電機(jī)噪聲。本種噪聲的出現(xiàn)，受機(jī)械、磁體、空氣動力等諸多因素的綜合影響。而發(fā)電機(jī)噪聲強(qiáng)度，則又受到發(fā)電機(jī)原理、裝配精度等因素的作用。因此，要結(jié)合發(fā)電機(jī)噪聲的形成原因與影響因素，采取針對性的控制策略。

4.3 車身噪聲控制技術(shù)

研究表明，汽車的行駛速度會直接影響到車身噪聲的強(qiáng)度，兩者之間呈現(xiàn)出非線性關(guān)系。提高汽車行駛速度的同時，車身噪聲將會以幾何級數(shù)的態(tài)勢快速增長。其中，車身噪聲主要由空氣動力噪聲導(dǎo)致。因此，要想對車身噪聲有效的抑制或減少，需對彈性元件合理選擇，促使車身、車架之間的碰撞得到減少或規(guī)避。要對車身外觀合理優(yōu)化，盡量將流線型設(shè)計方案應(yīng)用過來，這樣空氣摩擦能夠顯著減少。要對車內(nèi)軟裝合理選擇，保證具有良好的隔音效果。此外，車胎噪聲也是車身噪聲的主要來源。通常情況下，輪胎的厚度、胎距與車胎噪聲之間呈現(xiàn)出正比例的關(guān)系，且輪胎材質(zhì)、花紋等也會影響到車胎噪聲。因此，要合理選擇輪胎類型，以便促使車胎噪聲得到控制。

5? 結(jié)語

綜上所述，汽車噪聲控制水平直接影響到汽車整體的舒適度，需引起人們充分的重視?；钊絻?nèi)燃機(jī)汽車存在著諸多的噪聲來源，而活塞式內(nèi)燃機(jī)則是最為主要的來源。因此，在噪聲控制過程中，要將活塞式內(nèi)燃機(jī)噪聲作為控制的重點(diǎn)。相關(guān)人員要深化技術(shù)研究，不斷創(chuàng)新與完善噪聲控制技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉長生.汽車內(nèi)燃機(jī)排氣噪聲分析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（9）：73.

[2]劉瑞燕，葉文婷.內(nèi)燃機(jī)噪聲識別及控制技術(shù)研究[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（13）：163-164.

[3]黎華漢.對汽車發(fā)動機(jī)噪聲污染及其控制探討[J].電子樂園，2018（9）：347.

[4]高文捷，管敏瑋.基于LMS的內(nèi)燃機(jī)車外場輻射噪聲的優(yōu)化設(shè)計[J].輕工科技，2019（2）：68-69.

[5]李峰，梁志濤.淺析汽車進(jìn)氣系統(tǒng)的降噪優(yōu)化設(shè)計[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2019（15）：18-19.