發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲及其控制

1、發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲及其控制（僅供內(nèi)部使用，請(qǐng)勿外傳）發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車(chē)的主要噪聲源，在我國(guó)，發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲約占汽車(chē)總噪聲的55%以上，因此為降低汽車(chē)噪聲總水平，應(yīng)以控制發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲為主要目標(biāo)。§1發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的分類(lèi)及評(píng)價(jià)方法一.分類(lèi)：按噪聲輻射的方式分：發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲源分為直接大氣輻射和發(fā)動(dòng)機(jī)表面向外輻射的兩大類(lèi)。L直接向大氣輻射的噪聲源有進(jìn)、排氣噪聲和風(fēng)扇噪聲（空氣動(dòng)力學(xué)噪聲）。2.發(fā)動(dòng)機(jī)表面噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的燃燒過(guò)程和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的噪聲，是通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)外表面以及與發(fā)動(dòng)機(jī)外表面剛性連接的零件的振動(dòng)向大氣輻射的。按發(fā)動(dòng)機(jī)表面噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，又分為燃燒噪聲和機(jī)械噪聲。燃燒噪聲：為研究方便，把氣缸內(nèi)燃燒所形成的壓力振動(dòng)

2、并通過(guò)缸蓋和活塞一連桿一曲軸一機(jī)體的途徑向外輻射的噪聲。（是由于氣缸周期性變化的壓力作用而產(chǎn)生的，與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒方式和燃燒速度有關(guān)）機(jī)械噪聲：把活塞對(duì)缸套的敲擊，正時(shí)齒輪、配氣機(jī)構(gòu)、噴油系統(tǒng)等運(yùn)動(dòng)件之間機(jī)構(gòu)撞擊所產(chǎn)生的振動(dòng)激發(fā)的噪聲。（是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)各運(yùn)動(dòng)件之及運(yùn)動(dòng)件與固定件之間作用的周期性變化的力所引起的，它與激發(fā)力的大小和發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性等因素有關(guān)）二.評(píng)價(jià)方法除考慮其輻射噪聲能量總水平外，應(yīng)考察以下噪聲特性：噪聲級(jí)及其發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的變化關(guān)系發(fā)動(dòng)機(jī)周?chē)臻g各點(diǎn)噪聲級(jí)數(shù)值的分布狀態(tài)空間各點(diǎn)的噪聲頻譜以及發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程階段的瞬時(shí)聲壓級(jí)§2發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒噪聲及其控制一.燃燒噪聲的特性?xún)H

3、討論柴油機(jī)的燃燒噪聲。燃燒噪聲與燃燒過(guò)程有關(guān)，所以從柴油機(jī)燃燒過(guò)程的四個(gè)階段一滯燃期、速燃期、緩燃期和補(bǔ)燃期來(lái)分別研究它。滯燃期燃料未燃燒，尚在進(jìn)行燃燒前必要的物理和化學(xué)準(zhǔn)備，氣缸中的壓力和溫度變化都很小，因此對(duì)噪聲的直接影響甚微，但間接影響重大。速燃期燃料迅速燃燒，氣缸內(nèi)壓力迅速增加，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)和噪聲。影響壓力增長(zhǎng)率的主要因素是著火延遲期的長(zhǎng)短和供油規(guī)律。延遲期越長(zhǎng)，噴入氣缸的燃料越多，壓力增長(zhǎng)率越高，則柴油機(jī)的沖擊載荷大，柴油機(jī)內(nèi)零件敲擊嚴(yán)重，增加了柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)頻率和所輻射的噪聲。緩燃期氣缸內(nèi)壓力有所增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)率小，能激發(fā)一定程度的燃燒噪聲，但對(duì)噪聲的影響不顯著。補(bǔ)燃期活塞下行

4、且絕大多數(shù)燃料已在前兩個(gè)時(shí)期內(nèi)燃燒完畢，對(duì)燃燒噪聲影響不大。綜上所述，燃燒過(guò)程的激發(fā)的噪聲主要集中在速燃期，其次是緩燃期。燃燒噪聲主要表現(xiàn)在兩方面1 .由缸內(nèi)壓力急劇變化引起的動(dòng)力負(fù)荷，由此產(chǎn)生結(jié)構(gòu)振動(dòng)和噪聲，其頻率相當(dāng)于各傳聲零件的自振頻率。2 .由氣缸內(nèi)氣體的沖擊波引起的高頻振動(dòng)和噪聲，其頻率為氣缸內(nèi)氣體的自振頻率。燃燒噪聲的根源是氣缸內(nèi)氣體壓力的變化。柴油機(jī)產(chǎn)生高聲調(diào)（高頻）噪聲的原因：1 .在速燃期內(nèi)產(chǎn)生的氣體動(dòng)力載荷，使柴油機(jī)內(nèi)相應(yīng)零件受到一種敲擊。由于柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)可視為一個(gè)復(fù)雜的振動(dòng)系統(tǒng)，大多數(shù)零件的自振頻率處在中、高頻率范圍內(nèi)，因此，由結(jié)構(gòu)傳聲而向外輻射的燃燒噪聲頻率也處在中、高

5、頻率范圍內(nèi)。2 .由氣體動(dòng)力載荷引起的噪聲，主要取決于壓力增長(zhǎng)率及最大壓力增長(zhǎng)率持續(xù)的時(shí)間，壓力增長(zhǎng)越快，持續(xù)高增長(zhǎng)率時(shí)間越長(zhǎng)，則噪聲就越大。在燃燒過(guò)程中，隨著氣缸內(nèi)氣體壓力的劇變，與火焰?zhèn)鞑サ耐瑫r(shí)，沖擊性質(zhì)的壓力波也隨著傳播，當(dāng)沖擊波達(dá)到燃燒室壁面后將進(jìn)行多次反射，從而形成了氣體的高頻振動(dòng)。派氣缸壓力曲線（在時(shí)域上）描述了壓力變化規(guī)律，可以得到燃燒噪聲與著火延遲期、壓力增長(zhǎng)率等因素的關(guān)系。派氣缸壓力譜（在頻域上）描述了壓力變化規(guī)律，顯示出氣缸壓力曲線所包含的頻率結(jié)構(gòu)和每種頻率成分強(qiáng)度的大小，深刻揭示了燃燒噪聲與氣缸壓力變化及其所引起振動(dòng)和噪聲的傳播途徑的關(guān)系。氣缸壓力譜（暫略）由氣缸壓力譜知

6、，氣缸壓力曲線實(shí)質(zhì)上是由不同頻率、不同幅值的一系列諧波疊加而成。發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)問(wèn)題可按線性系統(tǒng)來(lái)處理，因此據(jù)線性系統(tǒng)的疊加原理，氣缸壓力的總作用等于這一系列諧波單獨(dú)激發(fā)的總和。一般認(rèn)為，這一系列諧波，由兩條途徑從氣缸內(nèi)傳播出去：1 .經(jīng)氣缸蓋和氣缸套2 .經(jīng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)，即活塞、連桿、曲軸及主軸承。由于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中大多數(shù)零件的剛性較高，而中、高頻率的壓力級(jí)易于傳出，即發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)對(duì)燃燒噪聲的低頻段衰減大，對(duì)高頻段衰減相對(duì)較小?！練飧讐毫?jí)與聲壓級(jí)之差稱(chēng)為衰減量】。試驗(yàn)表明：衰減量基本與氣缸壓力譜無(wú)關(guān)。二.燃燒噪聲控制降低柴油機(jī)燃燒噪聲的根本措施是降低壓力增長(zhǎng)率。而壓力增長(zhǎng)率取決于著火延遲期和

7、在著火延遲期內(nèi)形成的可燃混合氣的數(shù)量和質(zhì)量，因此可通過(guò)選用十六烷值高的燃料，合理組織噴油過(guò)程及選用良好的燃燒室來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體措施如下：延遲噴油定時(shí)由于氣缸內(nèi)壓縮溫度和壓力是隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的，噴油時(shí)間的早晚對(duì)于著火延遲期長(zhǎng)短的影響將通過(guò)壓縮溫度和壓力而起作用。若噴油早，則燃料進(jìn)入氣缸時(shí)的空氣溫度和壓力低，著火延遲期變長(zhǎng)；若噴油過(guò)遲，同樣燃料進(jìn)入氣缸時(shí)的空氣溫度和壓力反而變低，著火延遲期變長(zhǎng)，燃燒噪聲增大；只有適當(dāng)推遲噴油時(shí)間，即減小噴油提前角，可使著火延遲期延長(zhǎng)期變短，燃燒噪聲減小。改進(jìn)燃燒室結(jié)構(gòu)形狀和參數(shù)柴油機(jī)工作過(guò)程的好壞主要取決于燃油噴射、氣流運(yùn)動(dòng)和燃燒室形狀三方面的配合是否合理。因此，燃燒

8、室的結(jié)構(gòu)形狀與混合氣的形成和燃燒有密切關(guān)系，它不但直接影響柴油機(jī)的性能，而且影響著火延遲期、壓力升高率，從而影響燃燒噪聲。根據(jù)混合氣的形成及燃燒精通結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，柴油機(jī)的燃燒室分為直噴式和分隔式兩大類(lèi)：A直噴式又分開(kāi)式、半分開(kāi)式和球形燃燒室等B分隔式分渦流室和預(yù)燃室。在其它條件相同的情況下，直噴式燃燒室中的球形和斜置圓桶形燃燒室的燃燒噪聲最低，分隔式燃燒室的噪聲一般較低。而3形直噴式燃燒室（半分開(kāi)式）和淺盆形直噴式燃燒室（開(kāi)式）的燃燒噪聲最大。調(diào)節(jié)燃燒室結(jié)構(gòu)參數(shù)也可降低燃燒噪聲。例如：在渦流室式發(fā)動(dòng)機(jī)中噴油嘴的噴油方向愈偏離渦流室中心而指向渦流下游，附著于燃燒室壁面的燃料就愈多，燃燒也愈平靜；另

9、外增加渦流室噴孔面積比也可減少噪聲。調(diào)節(jié)噴油系噴油率對(duì)燃燒噪聲的影響非常大，試驗(yàn)表明，噴油率提高一倍，燃燒噪聲就會(huì)增加6dB,因此用減少?lài)娪捅霉┯吐实姆椒▉?lái)減少燃燒噪聲，但應(yīng)注意高速性能的惡化和增加怠速噪聲的問(wèn)題。提高廢氣再循環(huán)率和進(jìn)氣節(jié)流提高廢氣再循環(huán)率可減小燃燒率，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此對(duì)降低燃燒噪聲起到明顯作用。而進(jìn)氣節(jié)流可使氣缸內(nèi)的壓力降低和著火時(shí)間推遲，因此進(jìn)氣節(jié)流不但能降低噪聲，而且還能減少柴油機(jī)所特有的角速度波動(dòng)和橫向擺振。采用增壓技術(shù)柴油機(jī)增壓后進(jìn)入氣缸的空氣充量密度增加，使壓縮終了時(shí)氣缸內(nèi)的溫度和壓力增高，改善了混合氣的著火條件，使著火延遲期縮短。增壓壓力越高，著火延遲期越短

10、，使壓力升高率越小，從而降低燃燒噪聲越多。試驗(yàn)證明，增壓可使直噴式柴油機(jī)燃燒噪聲降低23Db。提高壓縮比提高壓縮比可提高壓縮終了的溫度和壓力，使燃料著火的物理、化學(xué)準(zhǔn)備階段得以改善，從而縮短著火延遲期，降低壓力升高率，降低燃燒噪聲；但壓縮比增大使氣缸內(nèi)壓力增加，會(huì)讓活塞敲擊聲增大，因此，提高壓縮比不會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的總噪聲有很大的降低。改善燃油品質(zhì)燃油品質(zhì)不同，噴入燃燒室后所進(jìn)行著火前的物理、化學(xué)準(zhǔn)備過(guò)程就不同，導(dǎo)致著火延遲時(shí)間不同。十六烷值高的燃料著火延遲較短，壓力升高率低，燃燒過(guò)程柔和。故而，應(yīng)采用十六烷值高的燃料。除采取上述措施改進(jìn)燃燒過(guò)程外，還應(yīng)在燃燒激發(fā)力的輻射和傳播途徑上采取措施，增加發(fā)

11、動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)燃燒噪聲的衰減，尤其是對(duì)中、高頻成分的衰減。具體的措施有：提高機(jī)體及缸套的剛性，采用隔振隔聲措施，減少活塞、曲柄連桿機(jī)構(gòu)各部分的間隙，增加油膜厚度，在保持功率的前提下采用較小的缸徑，增加缸數(shù)或采用較大的S/D值，改變薄壁零件（如油底殼）的材料和附加阻尼。§3發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械噪聲一.活塞敲擊噪聲及控制活塞對(duì)氣缸壁的敲擊，通常是發(fā)動(dòng)機(jī)最大的機(jī)械噪聲源。敲擊的強(qiáng)度主要取決于氣缸的最高爆發(fā)壓力之間的間隙。因此該噪聲既和燃燒有關(guān)，又和發(fā)動(dòng)機(jī)活塞的具體結(jié)構(gòu)有關(guān)。活塞敲擊噪聲產(chǎn)生原因：活塞對(duì)缸壁的敲擊，根本原因在于它們之間存在間隙且往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞所承受的側(cè)向力發(fā)生方向突變。如下圖所示：當(dāng)作用

12、在活塞上的氣體壓力、慣性力和摩擦力發(fā)生周期性變化時(shí)，活塞在曲軸的旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)將受到一個(gè)呈周期性變化的側(cè)向力的作用，此力在上、下止點(diǎn)改變方向，從一側(cè)向另一側(cè)作橫向運(yùn)動(dòng)，在上止點(diǎn)由右向左，在下止點(diǎn)方向相反。在發(fā)動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，活塞的這種橫向運(yùn)動(dòng)的速度很高。由于活塞與缸壁這間有間隙，就形成了對(duì)缸壁的強(qiáng)烈沖擊。影響活塞敲擊噪聲的因素：很多，如活塞間隙、活塞銷(xiāo)孔的偏移、活塞高度、活塞環(huán)數(shù)、缸套厚度、潤(rùn)滑條件、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和氣缸直徑等。降低活塞敲擊噪聲的措施：根據(jù)影響其因素，常采用以下幾點(diǎn)措施：A.減小活塞與缸壁的間隙減小間隙可以減小甚至消除活塞橫向運(yùn)動(dòng)的位移量，減輕或避免活塞對(duì)缸壁的沖擊碰撞，達(dá)到降噪目的

13、。B.活塞銷(xiāo)孔中心偏移如上圖b所示，將活塞銷(xiāo)孔的位置向左偏離活塞中心線。在壓縮行程終了時(shí)，活塞靠在氣缸的右側(cè)壁，由于中心左偏量i的存在，在壓力F的作用下，活塞繞活塞銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)，使裙部下端先靠到左側(cè)缸壁上，進(jìn)而再以左下端點(diǎn)為支點(diǎn)，繞其旋轉(zhuǎn)并逐漸全部靠向左側(cè)。這樣，活塞向左的橫向運(yùn)動(dòng)方式由原來(lái)的整體沖擊變?yōu)槠交倪^(guò)渡，從而起到顯著的降噪作用。C.增加活塞表面的振動(dòng)阻尼在活塞裙部表面覆蓋一層可塑性材料，增加振動(dòng)阻尼，從而緩沖和吸收活塞敲擊的能量，降低活塞高擊噪聲。二.配氣機(jī)構(gòu)噪聲及控制發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)也是重要的機(jī)械噪聲源。由于配氣機(jī)構(gòu)的零件多、剛性差，易于激發(fā)振動(dòng)和噪聲。凸輪和挺桿間的摩擦振動(dòng)、氣門(mén)的不規(guī)

14、則運(yùn)動(dòng)、搖臂撞擊氣桿尾部以及氣門(mén)落座時(shí)的沖擊等均會(huì)發(fā)出噪聲。產(chǎn)生噪聲的原因：A.發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)，氣門(mén)機(jī)構(gòu)的慣性力不高，可將其視為多剛體系統(tǒng)，噪聲主要源于剛體間的摩擦和碰撞。大的噪聲出現(xiàn)在凸輪頂部上推從動(dòng)桿的時(shí)刻，在氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)刻附近亦有較大的噪聲。氣門(mén)開(kāi)啟噪聲主要是由施加于氣門(mén)機(jī)構(gòu)上的撞擊力造成的，而氣門(mén)關(guān)閉噪聲則是由氣門(mén)落座時(shí)的沖擊產(chǎn)生的。氣門(mén)的噪聲級(jí)與氣門(mén)運(yùn)動(dòng)的速度成正比。B.發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速時(shí)，氣門(mén)機(jī)構(gòu)的慣性相當(dāng)大，使整個(gè)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)。氣門(mén)機(jī)構(gòu)（彈性系統(tǒng)）工作時(shí)各零件的彈性變形會(huì)使位于傳動(dòng)鏈末端氣門(mén)處的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生很大的畸變，造成氣門(mén)運(yùn)動(dòng)有時(shí)遲后于挺桿，有時(shí)超前于挺桿，使傳動(dòng)鏈出現(xiàn)脫節(jié)，氣門(mén)

15、開(kāi)閉不正常，產(chǎn)生飛脫”和反彈”等不規(guī)則運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。發(fā)動(dòng)機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)加劇了這種不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，增加氣門(mén)撞擊的次數(shù)和強(qiáng)度，產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲。因此，高速時(shí)配氣機(jī)構(gòu)的噪聲主要與氣門(mén)的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)有關(guān)。影響因素：主要是凸輪型線、氣門(mén)桿間隙和配氣機(jī)構(gòu)的剛度。應(yīng)采取的措施：減小氣門(mén)間隙減小間隙可減小因間隙存在而產(chǎn)生的撞擊，從而減小噪聲提高凸輪加工精度和減小表面粗糙度值提高配氣機(jī)構(gòu)剛度提高配氣機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈的各元件的及其支承座的剛度，可使其固有頻率增高，減小振動(dòng)，縮小氣門(mén)運(yùn)動(dòng)的畸變，達(dá)到降噪目的。(4)減輕驅(qū)動(dòng)元件重量在相同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下，減輕驅(qū)動(dòng)元件重量就減小了其慣性力，降低了配氣機(jī)構(gòu)所激發(fā)的振動(dòng)和噪聲。選用性能優(yōu)良的凸輪

16、型線設(shè)計(jì)凸輪型線時(shí)，除保證氣門(mén)最大升程、氣門(mén)運(yùn)動(dòng)規(guī)律和最佳配氣正時(shí)外，還要使挺桿在凸輪型線緩沖范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)速度很小，從而減小氣門(mén)在始升或落座時(shí)的速度，降低因撞擊而產(chǎn)生的噪聲。三.供油系噪聲噴油系統(tǒng)是柴油機(jī)的噪聲源之一。其主要成分在幾千赫茲以上的高頻區(qū)域內(nèi)，在發(fā)動(dòng)機(jī)的某些部位，人耳對(duì)它們往往清晰可辨，它也是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲不可忽略的噪聲源。產(chǎn)生原因：是由噴油泵和高壓油管系統(tǒng)的振動(dòng)引起的，主要是由周期性變化的柱塞上部的燃油壓力、高壓油管內(nèi)的燃油壓力以及發(fā)動(dòng)機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)慣性力激發(fā)泵體自身振動(dòng)而引起的，其大小與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、泵內(nèi)燃油壓力、供油量及泵的結(jié)構(gòu)有關(guān)。試驗(yàn)表明：當(dāng)凸輪軸轉(zhuǎn)速增加一倍，噴油泵噪聲約增815

17、dB,燃油壓力由0增至150MPa時(shí)，噪聲僅增34dB,說(shuō)明供油量對(duì)噴油泵噪聲影響較小。提高噴油泵的剛性，采用單體泵及選用損耗系數(shù)較大的材料作泵體，可減小因泵體振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。可分為流體噪聲和機(jī)械噪聲。A.流體噪聲包括：液壓泵壓力脈動(dòng)激發(fā)的噪聲。這種壓力脈動(dòng)將激勵(lì)泵體產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，同時(shí)還將使燃油產(chǎn)生很大的加速度，從而沖擊管壁而激發(fā)噪聲?？昭ìF(xiàn)象激發(fā)的噪聲。當(dāng)油路中高壓力急速脈動(dòng)的情況下，油中含有空氣會(huì)不斷地形成氣泡又破滅，形成所謂空穴噪聲。噴油系統(tǒng)管道的共振噪聲。當(dāng)油管中供油壓力脈動(dòng)的頻率接近或等于管道系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，引起共振，激發(fā)噪聲。B.機(jī)械噪聲包括：噴油泵凸輪和滾輪體之間的周期性沖擊

18、和摩擦，特別是當(dāng)恢復(fù)彈簧的固有頻率和這種周期性的沖擊接近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振，使噪聲加劇。§4發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣動(dòng)力噪聲發(fā)動(dòng)機(jī)空氣動(dòng)力噪聲包括：進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲和風(fēng)扇噪聲。一.進(jìn)氣噪聲及其控制進(jìn)氣噪聲：進(jìn)氣門(mén)周期性開(kāi)閉引起進(jìn)氣管道內(nèi)壓力起伏變化而形成的空氣動(dòng)力性噪聲。對(duì)某些發(fā)動(dòng)機(jī)而言，進(jìn)氣噪聲有時(shí)比發(fā)動(dòng)機(jī)本體噪聲高出5dB左右，成為僅次于排氣噪聲的主要聲源。產(chǎn)生原因：A.當(dāng)進(jìn)氣閥突然關(guān)閉時(shí)，必將引起進(jìn)氣管道中空氣壓力和速度的波動(dòng)，這種波動(dòng)由氣門(mén)處以壓縮波和稀疏波的形式沿著管道向遠(yuǎn)方傳播，并在管道開(kāi)口端和固定壁面端（關(guān)閉的氣門(mén)）之間產(chǎn)生多次反射，在此期間進(jìn)氣管道中的氣流柱由于振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)

19、噪聲。B.當(dāng)進(jìn)氣閥開(kāi)啟時(shí)，活塞由上止點(diǎn)下行吸氣，其速度由零變到最大值25m/s左右，鄰近活塞的氣體分子必然以同樣的速度運(yùn)動(dòng)，在進(jìn)氣管內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓力脈沖，從而形成強(qiáng)烈的脈沖噪聲。另一方面，在進(jìn)氣進(jìn)程中氣流高速流過(guò)進(jìn)氣門(mén)流通截面，會(huì)形成強(qiáng)烈的渦流噪聲，其主要頻率成分在10002000Hz范圍內(nèi)。X進(jìn)氣噪聲的大小與進(jìn)氣方式、進(jìn)氣門(mén)結(jié)構(gòu)、缸徑、凸輪型線等設(shè)計(jì)因素有關(guān)。對(duì)同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)而言，進(jìn)氣噪聲主要受轉(zhuǎn)速影響，轉(zhuǎn)速增加一倍，進(jìn)氣噪聲增加1018dB。其原因在于：轉(zhuǎn)速增加使進(jìn)氣管道中的氣流速度增加，同時(shí)使上述的波動(dòng)噪聲、脈沖噪聲和渦流噪聲加劇。采取的措施：A.安裝空氣濾清器B.設(shè)置進(jìn)氣消聲器二.排氣噪

20、聲及其控制排氣噪聲：當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣閥門(mén)突然開(kāi)啟后，廢氣會(huì)以很高的速度沖出，經(jīng)排氣管沖入大氣，是一十分復(fù)雜而不穩(wěn)定的過(guò)程。在此進(jìn)程中產(chǎn)生噪聲為排氣噪聲。其中以廢氣通過(guò)氣閥時(shí)產(chǎn)生的渦流噪聲最強(qiáng)烈。排氣噪聲的基頻是發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火頻率，在整個(gè)排氣噪聲頻譜中呈現(xiàn)出基頻及其高次諧波的延伸。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲的頻率（Hz）按下式計(jì)算：f=Gn/60j其中：k諧波次；i氣缸數(shù)；n發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速r/minp卦程系數(shù)：二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)t=1四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)T=2根據(jù)周期性信號(hào)展開(kāi)為付立葉級(jí)數(shù)的一般規(guī)律知，隨著諧波次數(shù)千k值的增加，其幅值將迅速降低，即高諧次的排氣噪聲聲級(jí)將迅速降低?？诔鲜鲈肼曂?，排氣噪聲與進(jìn)氣噪聲類(lèi)似，還包括

21、排氣總管和排氣歧管中存在的氣柱共振噪聲、氣門(mén)桿背部的渦流噪聲、排氣系統(tǒng)管道內(nèi)壁面處的紊流噪聲等，此外，排氣噪聲還包括廢氣噴注和沖出噪聲。在同等條件下，柴油機(jī)的排氣噪聲比汽油機(jī)的大，二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的比四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)的大。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲呈明顯的低頻特性，噪聲級(jí)的大小與發(fā)動(dòng)機(jī)功率、排量、轉(zhuǎn)速、平均有效壓力以及排氣口形狀、尺寸等因素有直接關(guān)系。大量試驗(yàn)表明，排氣噪聲隨排量、轉(zhuǎn)速、功率、平均有效壓力的增加而提高。對(duì)同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，影響排氣噪聲最重要的因素是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷。試驗(yàn)表明，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加一倍，空負(fù)荷排氣噪聲增加1014dB,而全負(fù)荷的僅增加59dB。綜合測(cè)量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出排氣噪聲（dB）與發(fā)動(dòng)機(jī)

22、轉(zhuǎn)速、平均有效壓力和排量的關(guān)系為：四沖程柴油機(jī)L=28lgn+20lgpme+15lgVH+K1四沖程汽油機(jī)L=25lgn+20lgpme+13lgVH+K2其中：n發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min;pme平均有效壓力，100kPa;VH發(fā)動(dòng)機(jī)排量，L;K1、K2與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。控制排氣噪聲的措施：A.對(duì)噪聲源本身采取措施：從排氣噪聲的發(fā)生機(jī)理分析入手，在不降低發(fā)動(dòng)機(jī)性能、不對(duì)排氣系統(tǒng)作大改動(dòng)的前提下，采取措施：,使吹過(guò)管口的氣流方向與該管的軸線夾角保持在最不易策動(dòng)該管1 .改進(jìn)排氣歧管的布置發(fā)生共振的角度范圍內(nèi)。2 .合理設(shè)計(jì)各歧管的長(zhǎng)度，使管的聲共振頻率錯(cuò)開(kāi)。3,使各排氣歧管管口及各管之間連

23、接處都有較大的過(guò)渡圓角，減小斷面突變，避免管口存在尖銳的邊緣，以減弱聲共振作用。4 .降低排氣門(mén)桿、氣門(mén)、歧管和排氣道內(nèi)壁面的表面粗糙度值，以減小紊流附面層中的渦流強(qiáng)度。5 .在保證排氣門(mén)剛度和強(qiáng)度和條件下，盡可能減小排氣門(mén)桿直徑。B.采用排氣消聲器和減小由排氣歧管傳來(lái)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)：1 .排氣消聲器是普遍采用的最有效的降噪手段。2 .為控制排氣歧管的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，可改進(jìn)排氣歧管結(jié)構(gòu)以獲得適宜的振動(dòng)傳遞特性，或?qū)ε艢馄绻懿扇「粽翊胧?，均可控制振?dòng)、降低噪聲。三.風(fēng)扇噪聲風(fēng)扇噪聲由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲組成。旋轉(zhuǎn)噪聲（又叫葉片噪聲）是由于旋轉(zhuǎn)著的葉片周期性地切割空氣，引起空氣的壓力脈動(dòng)而產(chǎn)生的。其基頻（Hz

24、）為：Fl其中：n風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，r/min;Z一葉片數(shù)渦流噪聲：風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)使周?chē)鷼怏w產(chǎn)生渦流，此渦流由于沾滯力的作用又分裂成一系列分離的小渦流。這些渦流及其分裂過(guò)程使空氣發(fā)生擾動(dòng)，形成壓縮與稀疏過(guò)程，從而產(chǎn)生渦流噪聲。其頻譜峰的頻率為：fmax=k其中：v風(fēng)扇圓周速度，m/s;d一葉片在氣流入射方向上的厚度，m;k=0.150.22常數(shù)顯然，fmax與V正比，但旋轉(zhuǎn)葉片上的圓圍速度隨與圓心距離不同而連續(xù)變化，所以渦流噪聲呈明顯的連續(xù)譜特征。風(fēng)扇噪聲隨轉(zhuǎn)速增加而迅速提高，轉(zhuǎn)速提高一倍，聲級(jí)增加1117dB。通常在低轉(zhuǎn)速時(shí)，風(fēng)扇噪聲比發(fā)動(dòng)機(jī)本體噪聲低得多，但在高轉(zhuǎn)速時(shí)，風(fēng)扇噪聲往往成主要甚至最大的噪聲源

25、?？刂骑L(fēng)扇噪聲的措施：選擇適當(dāng)?shù)娘L(fēng)扇與散熱器之間的距離。一般取100200mm,能很好地發(fā)揮風(fēng)扇的冷卻能力，又能使噪聲最小。改進(jìn)風(fēng)扇葉片形狀，使之有較好的流線型和合適的彎曲角度，降低其附近的渦流強(qiáng)度，達(dá)到控制噪聲的目的。試驗(yàn)表明，葉片材料對(duì)其噪聲有一定的影響，鑄鋁葉片比沖壓鋼板的噪聲小，而有機(jī)合成材料葉片比金屬的噪聲小。(4)設(shè)置風(fēng)扇離合器，使之在必要的時(shí)候工作，不僅可減少發(fā)動(dòng)機(jī)功率損耗和使發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常處在適宜的溫度下工作，而且起到降噪的作用。令葉片非均勻分布。由于葉片均勻分布的風(fēng)扇，往往會(huì)產(chǎn)生一些聲壓級(jí)很高的有調(diào)成分，采用非均勻分布，可避免這種情形。例如：四葉片風(fēng)扇的葉片間周夾角布置為70&#

26、176;和110°,則可有效降低風(fēng)扇噪聲譜中那些突出的線狀尖峰，使噪聲譜變得較為平坦，從而起到降噪作用。§5發(fā)動(dòng)機(jī)表面輻射噪聲及其控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒激振力和機(jī)械激振力通過(guò)各個(gè)結(jié)構(gòu)零件傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)的外表面上，形成表面的振動(dòng)響應(yīng)。發(fā)動(dòng)機(jī)表面的振動(dòng)又激發(fā)相鄰空氣介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，形成聲波向外輻射，即發(fā)動(dòng)機(jī)的表面輻射噪聲。為使發(fā)動(dòng)機(jī)表面輻射噪聲減小除了在燃燒激振力和機(jī)械激振力的產(chǎn)生根源上采取措施之外，還要在這此激振力的傳遞途徑上和表面輻射噪聲的效率方面采取措施，最終達(dá)到有效控制發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的目的。為此，需要研究激振力和結(jié)構(gòu)響應(yīng)之間的關(guān)系、表面振動(dòng)與輻射噪聲之間的關(guān)系以及發(fā)動(dòng)機(jī)表面噪聲的分

27、布狀況等方面的問(wèn)題。發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)為一復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，可視為多自由度振動(dòng)系統(tǒng)，其激振力和結(jié)構(gòu)響應(yīng)之間的關(guān)系可通過(guò)脈沖響應(yīng)函數(shù)來(lái)確定，也可通過(guò)有限元計(jì)算或試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的方法來(lái)確定發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的主要階次模態(tài)參數(shù)，其中，固有頻率和振型對(duì)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和噪聲有特別重要的意義。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)以某一階模態(tài)振動(dòng)時(shí)，將在其輻射噪聲頻譜上出現(xiàn)下一個(gè)峰值。若峰值過(guò)高，則將對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)輻射噪聲的強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響，此時(shí)可考慮根據(jù)該階振動(dòng)的形狀采取相應(yīng)的措施，以改變?cè)撾A模態(tài)的固有頻率、阻尼、剛度和質(zhì)量分配等，使結(jié)構(gòu)的固有頻率向不易策動(dòng)共振的區(qū)域。表面輻射噪聲可用表面振動(dòng)速度或速度平均均方值來(lái)表示，在近似關(guān)系Lp=20lg(p0c0+10

28、lgv2+10lg+10lg01gp0其中：LP測(cè)量表面聲壓級(jí)，dB;p0c0唉氣介質(zhì)的特性阻抗，Pas/mv2表面振動(dòng)的時(shí)間空間平均速度的均方值，m2/s2b=WR/WP輻射系數(shù)，與輻射表面的結(jié)構(gòu)型式、振動(dòng)頻率及振型等有關(guān)；WR一表面輻射聲功率、，W;WP一表面振動(dòng)功率，W;S、A一規(guī)定聲場(chǎng)中的表面積和振動(dòng)表面積，m2;-5P0=2X10Pa一參考聲壓。由于控制發(fā)動(dòng)機(jī)表面噪聲受發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理和性能要求方面的限制，在技術(shù)上難以采取降噪措施，即便采取措施，降噪也很有限。實(shí)踐表明，在結(jié)構(gòu)上阻斷激振力的傳遞或降低表面聲輻射效率，可大幅度地降低表面輻射噪聲，有效控制發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲。其具體措施為增加結(jié)構(gòu)剛度

29、和阻尼，減少輻射表面面積。下面是發(fā)動(dòng)機(jī)表面輻射噪聲的幾個(gè)結(jié)構(gòu)響應(yīng)和控制措施：1 .缸體一曲軸箱其剛度較差，振動(dòng)較大，是表面噪聲輻射的主要部分，同時(shí)其振動(dòng)又傳給殼體等重要的輻射噪聲表面，使振動(dòng)加劇。因而是控制表面輻射噪聲的基本途徑。產(chǎn)生輻射噪聲的具體原因：當(dāng)缸體一曲軸箱按某階振型振動(dòng)時(shí)，其壁面呈彎曲狀的振動(dòng)，從而產(chǎn)生噪聲?？刂拼胧和ㄟ^(guò)增加壁厚、加肋、改進(jìn)曲軸箱結(jié)構(gòu)、增加中隔板及采用整體式軸承梁或軸承座等方法來(lái)提高其剛度，使結(jié)構(gòu)固有頻率升高到結(jié)構(gòu)衰減系數(shù)較大的區(qū)域，從而達(dá)到降噪的目的。2 .罩殼類(lèi)零件具有壁薄和表面平而大的特點(diǎn)，是主要的表面輻射噪聲源?？刂拼胧涸鰪?qiáng)其剛度，提高其固有頻率。敷貼阻

30、尼材料。3 .固定在發(fā)動(dòng)機(jī)上的各種蓋板控制措施：隔振：在其間使用隔振層涂加阻尼材料。除以上措施之外，還可對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)或部分構(gòu)件采用隔聲措施，以滿(mǎn)足日益嚴(yán)格的噪聲控制法規(guī)的要求。常用的隔聲方法有局部隔聲、全封閉整體隔聲罩和隧道式隔聲罩等。§6發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的預(yù)估影響發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的因素很多，但它主要決定于發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和缸徑。發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的A聲級(jí)有以下估算公式:1 .四沖程、自然吸氣柴油機(jī)LA=30lgN+50lgB2 .四沖程、渦輪增壓柴油機(jī)LA=40lgN+50lgB3 .二沖程柴油機(jī)LA=40lgN+50lgB4 .對(duì)置活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)LA=40lgN+50lg5 .汽油機(jī)LA=50lgN+K以

31、上各式中：N發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù),B缸徑，（cm）K一常數(shù)注：上述聲壓級(jí)的測(cè)點(diǎn)與- 51.5dB- 86.5dB- 80dB(B)-80dBdB(rad/min)發(fā)動(dòng)機(jī)表面的距離約為1m首先來(lái)看看發(fā)動(dòng)機(jī)：發(fā)動(dòng)機(jī)是多聲源的復(fù)雜動(dòng)力機(jī)械，按照噪聲輻射的方式來(lái)分，可把發(fā)動(dòng)機(jī)的主要噪聲源分為直接向大氣輻射和通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)表面向外輻射兩大類(lèi)。直接向大氣輻射的噪聲源有進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲和風(fēng)扇噪聲。它們是由氣流的振動(dòng)而產(chǎn)生的空氣動(dòng)力噪聲。柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中的增壓器及掃氣泵的噪聲，也包括在進(jìn)氣噪聲中。發(fā)動(dòng)機(jī)表面向外輻射的噪聲，是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲，通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的外表面以及與發(fā)動(dòng)機(jī)外表面剛性連接的零部件的振

32、動(dòng)向大氣輻射的，因此叫做發(fā)動(dòng)機(jī)的表面噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)的表面噪聲，根據(jù)產(chǎn)生的機(jī)理，可分為燃燒噪聲和機(jī)械噪聲。燃燒噪聲，是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氣缸內(nèi)周期性變化的氣體壓力的作用而產(chǎn)生的。它主要由發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒方式和燃燒速度來(lái)決定。機(jī)械噪聲，是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，各運(yùn)動(dòng)件之間以及運(yùn)動(dòng)件與固定件之間由周期性變化的機(jī)械作用力的作用而產(chǎn)生的。它與激發(fā)力的大小、運(yùn)動(dòng)件的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。應(yīng)該指出的是，燃燒噪聲和機(jī)械噪聲是很難嚴(yán)格區(qū)分的。部分機(jī)械噪聲也是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒間接激發(fā)的噪聲，例如氣缸內(nèi)燃燒所形成的壓力振動(dòng)通過(guò)缸蓋、活塞一一連稈一一曲軸一一機(jī)體向外輻射的噪聲也是由燃燒激發(fā)。將活塞對(duì)缸套的敲擊、正時(shí)齒輪、配氣機(jī)構(gòu)、油泵系統(tǒng)等

33、運(yùn)動(dòng)件之間機(jī)械撞擊所產(chǎn)生的振動(dòng)激發(fā)的噪聲叫做機(jī)械噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)的型式不同，其各噪聲源所占發(fā)動(dòng)機(jī)總噪聲的比例也不同。柴油機(jī)的主要噪聲源是燃燒噪聲，汽油機(jī)的主要噪聲源是進(jìn)、排氣噪聲和配氣機(jī)構(gòu)噪聲；風(fēng)扇噪聲在風(fēng)冷汽油機(jī)中是主要噪聲源之一。l）燃燒噪聲四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)由進(jìn)氣、壓縮、燃燒和排氣行程構(gòu)成，從點(diǎn)火開(kāi)始到燃燒結(jié)束期間是燃燒噪聲的主要產(chǎn)生期，快速燃燒沖擊和燃燒壓力振蕩構(gòu)成了氣缸內(nèi)壓力譜的中高頻分量。燃燒噪聲是具有一定帶寬的連續(xù)頻率成份，在總噪聲的中高頻段占有相當(dāng)比重。-般來(lái)說(shuō)柴油機(jī)缸內(nèi)壓力較高，且壓力增長(zhǎng)率最大值遠(yuǎn)高于汽油機(jī)，所以柴油機(jī)的燃燒噪聲遠(yuǎn)高于汽油機(jī)。2）進(jìn)氣噪聲進(jìn)氣噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要空氣動(dòng)力噪聲之一，它是由進(jìn)氣門(mén)的周期性開(kāi)啟與閉合而產(chǎn)生的壓力起伏變化而形成的。當(dāng)進(jìn)氣門(mén)開(kāi)啟時(shí)，在進(jìn)氣管中產(chǎn)生一個(gè)壓力脈沖，而隨著活塞的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，它受到阻尼；當(dāng)進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉時(shí)，同樣產(chǎn)生一個(gè)有一定持續(xù)時(shí)間的壓力脈沖。于是產(chǎn)生了周期性的進(jìn)氣噪聲。其噪聲頻率成分主要集中在200HZ以下的低頻范圍。與此同時(shí)，當(dāng)氣流以高速流經(jīng)進(jìn)氣門(mén)流通截面時(shí)，產(chǎn)生湍流脫體，導(dǎo)致高頻噪聲的產(chǎn)生，由于進(jìn)氣門(mén)通流截面是不斷變化的，因此湍流噪聲具