萬繼武等

【摘 要】城市噪聲污染源主要來自汽車噪聲，其中汽車發(fā)動機噪聲是汽車噪聲的主要部分。本文結合當前對汽車發(fā)動機噪聲的研究，分析了汽車發(fā)動機噪聲產生的原因及其分類，并針對不同噪聲提出了有效的控制措施，并闡述了汽車發(fā)動機噪聲控制技術的發(fā)展趨勢。

【關鍵詞】發(fā)動機噪聲；噪聲原因；噪聲控制

1前言

歐洲環(huán)境署近日公布了歐盟首份噪聲評估報告，稱超過1.25億歐洲人承受著超過法定指導水平的交通噪聲污染，導致每年高達1萬人過早死亡。報告指出，公路交通是最主要的噪聲源，其中汽車噪聲占交通噪聲的75%。在我國，噪聲被稱為“無形的暴力”，由此帶來的噪聲污染嚴重影響著人們正常的工作、學習和健康的生活。我國制定了噪聲控制的標準《GB/T 18697-2002汽車車內噪聲測量方法》、《GB-1495-2002汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法》，其中GB-1495-2002中規(guī)定的小汽車車外噪聲限值為74dB，而日本汽車發(fā)動機噪聲已降到僅占車外總噪聲的30%，大大超過了我國目前的水平。

據研究，汽車的噪聲源主要來自發(fā)動機、排氣系統(tǒng)、進氣系統(tǒng)、輪胎與路面間的摩擦等，其所占的比例如表1所示。

由表1我們可以看出發(fā)動機噪聲所占的比重最大，為汽車噪聲的主要來源，由此汽車發(fā)動機噪聲控制就顯得尤為重要。據研究，汽車噪聲受發(fā)動機轉速的影響很大，一般來說，發(fā)動機轉速上升，汽車噪聲也隨著變大。發(fā)動機排氣系統(tǒng)噪聲，即發(fā)動機排氣歧管內及排氣管口氣體壓力發(fā)生劇烈變化，在空氣中和排氣管內產生壓力差由此而向外輻射的噪聲。進氣系統(tǒng)噪聲指的是在汽車進氣口處產生的噪聲。輪胎與路面摩擦噪聲通常是指輪脂在與路曲接觸時會形成空脛的過程中，在汽車高速行駛階段，空氣會在空脛中產生摩擦發(fā)生共振從而發(fā)出噪聲。發(fā)動機噪聲是汽車噪聲的主要來源，發(fā)動機是由曲柄連桿機構組成的以往復運動為特點的熱力機械。發(fā)動機在進行燃燒過程時的每次工作循環(huán)過程中，發(fā)動機的主要零部件均承受周期性交變載荷的扭距作用，引發(fā)發(fā)動機振動，由此產生發(fā)動機噪聲。發(fā)動機的振動主要包括曲軸扭轉振動、結構彈性振動、系統(tǒng)部件振動（配氣系統(tǒng)、缸套）、整機振動等。本文對汽車發(fā)動機噪聲產生的原因及其噪聲控制對策進行重點分析，并闡述了當前汽車發(fā)動機噪聲控制技術，以期對汽車發(fā)動機噪聲控制提供一定借鑒。

2 汽車發(fā)動機噪聲產生原因

汽車發(fā)動機運轉過程中發(fā)出噪聲是由多種聲源發(fā)出的聲音組合而成，按照噪聲輻射方式的不同，主要分為表面輻射噪聲和空氣動力性噪聲，發(fā)動機噪聲組成的分類如圖1所示。其中表面輻射噪聲包括燃燒噪聲和機械噪聲兩大類，主要通過與發(fā)動機相連的零部件和外表面振動，由發(fā)動機表面間接向外產生輻射噪聲，燃燒噪聲與機械噪聲聯系緊密，較難區(qū)分，其中燃燒噪聲的大小對機械噪聲相互影響；而空氣動力性噪聲主要包括進氣噪聲、排氣噪聲和風扇噪聲，主要是由于氣流振動而產生的，屬于直接向外輻射的噪聲。

2.1 燃燒噪聲

燃燒噪聲是發(fā)動機的主要噪聲源。關于燃燒噪聲的機理，至今研究的尚不很深入。通常把汽車發(fā)動機內燃料燃燒時，氣缸內壓力的急劇變化產生高頻沖擊波和動載荷，經機體和氣缸蓋等引起發(fā)動機整機表面振動，通過氣缸蓋、氣缸套和活塞一連桿一曲軸、主軸承傳播輻射出來的噪聲稱為燃燒噪聲。發(fā)動機的燃燒噪聲和燃燒過程的進程是密切相關的，燃燒噪聲主要決定于燃燒方式和燃燒初期時的速度。一般來說，汽油機與柴油機燃燒噪聲還是有一定差距的，在汽油機中半球形燃燒室燃燒速率大，噪聲也最大，而浴盆形燃燒室燃燒速率較低，噪聲也較低。燃燒噪聲主要集中于速燃期，在速燃期內，壓力增長率較大，能夠產生較為強烈的動力沖擊，因此相較于緩燃期會產生較大的噪聲。一般來講，發(fā)動機燃燒噪聲與發(fā)動機轉速相關性較大，發(fā)動機轉速增加時，考慮到散熱損失減少，致使壓縮溫度和壓力增高，燃燒室內空氣混合劇烈，混合氣的形成速度加快，由此產生較大的燃燒噪聲。燃燒噪聲一般是以1000Hz以上的較高頻率的噪聲為主。

燃燒噪聲主要表現在兩個方面：一是由氣缸內壓力急劇變化引起的動力負荷，由此產生結構振動和噪聲，其頻率相當于各傳聲零件的自振頻率；二是由氣缸內氣體的沖擊波引起的高頻振動和噪聲，其頻率為氣缸內氣體的自振頻率。

2.2 機械噪聲

機械噪聲的產生是發(fā)動機運轉時，因各部件存在間隙而發(fā)生撞擊及部件受內部應力作用產生彈性變形導致發(fā)動機表面振動而發(fā)出噪聲。一般來說，發(fā)動機在低轉速時，燃燒噪聲占主導地位，在高轉速時，機械噪聲就占主導地位。此外，機械噪聲還與發(fā)動機制造工藝水平有著直接的關系。機械噪聲主要包括活塞的敲擊噪聲、配氣機構噪聲、齒輪噪聲等，軸承引起的噪聲較小，不予考慮?；钊脫粼肼暿怯捎诨钊c缸壁等發(fā)動機構件間運作時存在間隙，在周期性高速運轉過程中對缸壁進行劇烈的撞擊產生噪聲；配氣機構作為一個彈性系統(tǒng)，工作時各零件的彈性變形會造成氣門的不規(guī)則運動，撞擊程度加大，從而產生強烈的噪聲；齒輪噪聲是配氣機構和噴油泵驅動轉矩發(fā)生變化的結果。

2.3 空氣動力性噪聲

發(fā)動機空氣動力噪聲包括進氣噪聲、排氣噪聲和風扇噪聲。它是由于氣體的非穩(wěn)定流動，或者說氣體的擾動以及氣體與物體的相互作用而產生的。進氣噪聲主要是由于進氣門周期性的開閉，在管道中氣體產生壓力和速度急劇變化，氣流高速流經進氣門處的截面，產生渦流，從而形成強烈的噪聲。排氣噪聲是發(fā)動機最主要的噪聲源，廢氣以很高的速度向外沖出排氣門，表現為一個復雜的非穩(wěn)態(tài)過程，產生強烈的排氣噪聲。據研究，風扇噪聲與汽車發(fā)動機轉速相關性較大。

3 汽車發(fā)動機噪聲控制對策

目前噪聲測試的方法趨向于聲壓法、聲強法和聲振測量法等方法的綜合應用。計算機軟件應用有限元法、多體動力學建模、噪聲主動控制等方法已經起到了較好的發(fā)展，神經網絡識別技術對噪聲識別起到了較大作用。

從發(fā)動機結構振動噪聲的組成、產生的機理的分析可以看出，降低發(fā)動機噪聲的措施大致可以從三個方面著手：一是減小振動和噪聲激勵，包括改善燃燒特性減小活塞與缸套間隙，減小運動件的質量等措施；二是合理設計結構，采用合理的剛度分布，各零部件合適的振動模態(tài)，采用隔振措施等以減小振動響應和振動傳播；三是采用阻尼、隔聲等措施來減小噪聲輻射。

3.1 燃燒噪聲控制

控制燃燒噪聲的關鍵是控制燃燒最高壓力升高率，形成較為緩和的升高機制。

通常采用降低燃燒噪聲的方法有減小供油提前角、優(yōu)化活塞燃燒室的設計、廢氣再循環(huán)采用增壓技術、采用雙彈簧噴油器等，另外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)的直噴式柴油機也能夠顯著降低燃燒噪聲。

3.2 機械噪聲控制

降低活塞敲擊噪聲的方法最常用的方法是活塞銷偏置，涉及到具體的偏置尺寸要根據發(fā)動機的幾何尺寸、活塞間隙及試驗中的噪聲情況來考慮。降低發(fā)動機配氣機構噪聲，可以通過減小氣門問隙、提高凸輪加工精度和減小表面粗糙度、選用性能優(yōu)良的凸輪型線、提高機構件的剛度來實現。另外汽車發(fā)動機齒輪噪聲控制可以通過優(yōu)化齒形、提高齒輪制造精度和改變齒輪傳動系統(tǒng)參數來實現。

3.3 空氣動力性噪聲控制

考慮到空氣動力性噪聲產生的原因，可以通過對空氣濾清器、進氣通道進行合理的設計，降低壓力脈動的強度與通道處渦流強度，同時采用消聲措施也能起到較好的作用。另外對汽車發(fā)動機排氣管的長度與形狀進行合理設計參照，以避免氣流產生共振和減少渦流噪聲，采用較為合理的排氣消聲器來降低排氣噪聲。

4 總結

綜上所述，汽車發(fā)動機噪聲污染引起了全社會的廣泛關注，而考慮到影響汽車發(fā)動機噪聲的因素多種多樣，要降低汽車發(fā)動機噪聲，應從發(fā)動機噪聲產生的原因、傳播途徑等方面入手，明確降噪的對象和目標，綜合考慮各方面的效果，采取有效的降噪技術手段，將汽車發(fā)動機噪聲控制在合理的范圍內。另外我們也要看到我國在汽車降噪方面與西方等發(fā)達國家的差距，要不斷完善相關的法律法規(guī)，加大科技投入，汽車發(fā)動機降噪任重而道遠。

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