第十一章內(nèi)燃機(jī)的主要噪聲源及其控制

第十一章內(nèi)燃機(jī)的主要噪聲源及其控制第一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.1內(nèi)燃機(jī)各類噪聲的比較

第二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.2內(nèi)燃機(jī)燃燒噪聲11.2.1燃燒噪聲的產(chǎn)生機(jī)理滯燃期對(duì)燃燒噪聲有間接的重大影響。在急燃期內(nèi)，氣缸壓力迅速增加，直接影響到內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)和噪聲。其影響的程度可用壓力增長率dp/dΨ（或平均壓力增長率△p/△Ψ）、最高爆發(fā)壓力pz和壓力升高比λ＝pz／pc來衡量，pc為壓縮終點(diǎn)壓力。第三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五關(guān)于燃燒噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，一般認(rèn)為，由燃燒過程產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)振動(dòng)來源于氣缸內(nèi)氣體壓力的變化，它包括由氣缸內(nèi)壓力劇變引起的動(dòng)力載荷，以及由沖擊波引起氣體的高頻振動(dòng)。⒈氣體動(dòng)力載荷燃燒噪聲主要是在急燃期內(nèi)產(chǎn)生的,當(dāng)缸內(nèi)壓力劇增時(shí),內(nèi)燃機(jī)的相應(yīng)零部件便受到一定強(qiáng)度的動(dòng)力截荷,其性質(zhì)相當(dāng)于一種敲擊。其強(qiáng)弱程度主要取決于壓力升高率。

第四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五⒉氣體的高頻振動(dòng)這種沖擊波達(dá)到壁面之后進(jìn)行多次反射，這就形成氣體的高頻振動(dòng)，它在膨脹過程中還要保持相當(dāng)長的時(shí)間。高頻振動(dòng)頻率可近似計(jì)算:

?g＝Cc／（2D）第五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.2.2氣缸壓力的頻譜特性氣缸壓力頻譜曲線可用儀器直接測定，亦可由氣缸壓力曲線轉(zhuǎn)換求得。①氣缸壓力曲線所包含的頻率結(jié)構(gòu)和每種頻率成份上壓力強(qiáng)度的大小。②氣缸的最大壓力越高，頻譜曲線的低頻峰值越高。③區(qū)域出現(xiàn)另一個(gè)壓力級(jí)的峰值是由于燃燒開始時(shí)缸內(nèi)局部地區(qū)壓力急劇上升，引起氣體高頻振動(dòng)而產(chǎn)生的，主要與d2p／dΨ2有關(guān)。第六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五這些特定頻率就是該氣缸的爆發(fā)頻率?和以?為整倍數(shù)的若干次諧頻。氣缸壓力頻譜曲線低頻段和中頻段的形狀基本上不受內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，只是當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，曲線向高頻方向平移了一段距離a。第七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.2.3氣缸壓力頻譜與噪聲的關(guān)系燃燒氣體對(duì)氣缸內(nèi)各零件振動(dòng)的激發(fā)，可以認(rèn)為是這一系列諧波單獨(dú)激發(fā)的總和。這一系列諧波在氣缸內(nèi)可以通過三條途徑傳遞到內(nèi)燃機(jī)外表面。實(shí)驗(yàn)表明，由燃燒產(chǎn)生的大部分振動(dòng)能量是通過連桿大端和主軸承進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)激發(fā)表面振動(dòng)輻射出噪聲的。第八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五燃燒噪聲的大小不僅與氣缸壓力頻譜有關(guān),還與內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)衰減特性有關(guān)。振動(dòng)取決于激振力特性和振動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性。圖示為485型柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)衰減曲線，氣缸壓力級(jí)與內(nèi)燃機(jī)噪聲聲壓級(jí)之差稱之為衰減量。對(duì)某一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)來說其結(jié)構(gòu)是一定的，則衰減系數(shù)也是一定的。第九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

衰減曲線大致可分為兩個(gè)區(qū)域：

①

1000Hz以下的結(jié)構(gòu)衰減量很大，約為55dB／10倍頻率。這主要由于內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)中大多數(shù)零件的剛性都較大，自振頻率處于中高頻區(qū)域，因此在氣缸壓力頻譜中，低頻段的壓力級(jí)雖然都很大，但因零件的結(jié)構(gòu)響應(yīng)小，對(duì)氣缸壓力激起的振動(dòng)衰減量大。②

1000～3000Ｈz的中間段結(jié)構(gòu)衰減量低，約為10dB／10倍頻率。這是由于零件的固有頻率多處于此頻段，易被激起振動(dòng)，故衰減很小。第十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五③3000Ｈz以上頻段，結(jié)構(gòu)衰減給為16dB／10倍頻率。這是由于頻率太高，已超過了大多數(shù)零件的固有頻率，結(jié)構(gòu)的響應(yīng)又較差，故此區(qū)域的結(jié)構(gòu)衰減又有所增加。顯然圖中800～3000Hz之間的聲壓級(jí)都很高（虛線區(qū)域），而曲線１的峰值也恰好在此頻段，這正是結(jié)構(gòu)衰減最小的區(qū)域。

第十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五有效地控制燃燒，以獲得較低的氣缸壓力級(jí)和增加內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)衰減將是控制該機(jī)燃燒噪聲的有效途徑。第十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.2.4影響燃燒噪聲的主要因素壓力升高率是激發(fā)燃燒噪聲的一個(gè)根本因素，而壓力升高率主要取決于滯燃期以及在滯燃期內(nèi)表成可燃混合氣的數(shù)量。因此，要控制燃燒噪聲，在設(shè)計(jì)燃燒系統(tǒng)時(shí)必須盡可能地縮短滯燃期。柴油機(jī)的燃燒室結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)對(duì)燃燒噪聲的影響，也多是通過壓縮溫度和壓力而影響滯燃期的

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⒈燃燒室內(nèi)燃機(jī)燃燒室的結(jié)構(gòu)型式及整個(gè)燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)其壓力增長率、最高燃燒壓力和氣缸壓力頻譜曲線都有著明顯的影響，故對(duì)燃燒噪聲的影響很大，尤其對(duì)柴油機(jī)更是如此。柴油機(jī)的工作過程好壞主要取決于燃油噴射、對(duì)流運(yùn)動(dòng)和燃燒室形狀三方面的配合是否合理。第十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

⒉壓縮溫度和壓力隨著壓縮溫度和壓力的增加，由于燃料著火的物理、化學(xué)準(zhǔn)備價(jià)段得到改善，因而著火延遲期減小。⒊噴油（點(diǎn)火）提前角供油系統(tǒng)各參數(shù)，如柴油機(jī)的噴油提前角、噴油壓力、噴孔數(shù)量和供油規(guī)律等，對(duì)燃燒過程的影響已有許多研究資料。

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⒋轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速對(duì)機(jī)械噪聲的影響很大，對(duì)燃燒噪聲的影響處于次要地位。⒌負(fù)荷隨著負(fù)荷的增加，每循環(huán)的放熱量增加，最大燃燒壓力及壓力升高率增高，這會(huì)使噪聲增加，但隨著負(fù)荷的增加，燃燒室壁溫提高、氣缸與活塞的間隙減小，這又使噪聲減輕。所以，負(fù)荷對(duì)內(nèi)燃機(jī)的噪聲影響較小。第十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.2.5降低燃燒噪聲的基本途徑一是從產(chǎn)生的根源上，降低氣缸壓力頻譜曲線，特別是降低中高頻的頻率成分。為此可采?。嚎s短滯燃期或減少滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣量。二是從傳播途徑上，增加內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)燃燒噪聲的衰減，特別是對(duì)中高頻頻率成分的衰減。為此可采?。禾岣邫C(jī)體及缸套的剛性及采用隔振及隔聲措施。

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11.3內(nèi)燃機(jī)機(jī)械噪聲要進(jìn)一步降低內(nèi)燃機(jī)噪聲的主要困難將是降低機(jī)械噪聲。內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械噪聲是由于氣體壓力及機(jī)件的慣性作用，使相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件之間產(chǎn)生撞擊和振動(dòng)而激發(fā)的噪聲。機(jī)械噪聲主要包括活塞的敲擊噪聲、齒輪機(jī)構(gòu)噪聲、配氣機(jī)構(gòu)噪聲、軸承噪聲、高壓油泵噪聲、不平衡慣性力引起的機(jī)體振動(dòng)和噪聲等。

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11.3.1

活塞敲擊噪聲⒈產(chǎn)生機(jī)理活塞對(duì)氣缸壁的敲周，通常是內(nèi)燃機(jī)最大的機(jī)械噪聲源。其敲擊的強(qiáng)度主要取決于氣缸的最高爆發(fā)壓力和活塞與缸套之間的間隙，所以這種噪聲既和燃燒有關(guān)，又和內(nèi)燃機(jī)具體結(jié)構(gòu)有關(guān)。在內(nèi)燃機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，活塞的這種橫向運(yùn)動(dòng)是發(fā)很高的速度進(jìn)行的，從而形成了對(duì)缸壁的強(qiáng)烈撞擊。這種擊期性的敲擊尤其以壓縮沖程終了和做功沖程開始時(shí)的敲擊最為嚴(yán)重。

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⒉影響活塞敲擊噪聲的因素⑴活塞與氣缸壁間隙⑵活塞銷孔的偏移實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)活塞銷孔向主推力面方向偏移時(shí)，由于活塞在上止點(diǎn)附近由一個(gè)面接觸轉(zhuǎn)變到與另一個(gè)面接觸的時(shí)間和氣缸壓力劇增的時(shí)間錯(cuò)開了，振動(dòng)和噪聲可得到降低。第二十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五⑶活塞—缸壁之間的傳遞因素與活塞環(huán)的數(shù)量和張力、潤滑油多少及溫度、缸套厚度有關(guān)。⑷活塞裙部長度增加長度可以減少搖擺的幅度，又能增加承壓面積。第二十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五⒊控制活塞敲擊噪聲的措施⑴減小活塞與缸壁間隙⑵活塞銷孔向主推力面偏移⑶在活塞裙部表面上覆蓋一層可塑性材料第二十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.3.2

配氣機(jī)構(gòu)噪聲⒈配氣機(jī)噪聲特性零件多、剛度差是配氣機(jī)構(gòu)的顯著特點(diǎn)，因而易于激發(fā)起振動(dòng)和噪聲。形容表明，內(nèi)燃機(jī)低速時(shí)的噪聲主要是氣閥開關(guān)時(shí)的撞擊發(fā)及從動(dòng)件和凸輪頂部的摩擦振動(dòng)所產(chǎn)生的。高速時(shí)的配氣機(jī)構(gòu)噪聲是由于氣閥的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)所引起的。第二十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

⒉配氣機(jī)構(gòu)噪聲的控制⑴減小氣閥間隙⑵提高凸輪加工精度和表面光潔度⑶提高配氣機(jī)構(gòu)剛度⑷減輕驅(qū)動(dòng)元件重量⑸選用性能優(yōu)良的凸輪型線第二十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.3.3

供油系統(tǒng)噪聲噴油系統(tǒng)的噪聲主要是由噴油泵和高壓油管系統(tǒng)（含噴油器）的振動(dòng)所引起的。其中分為流體性噪聲和機(jī)械噪聲。流體性噪聲包括：①油泵壓力脈動(dòng)激發(fā)的噪聲，這種壓力脈沖將激發(fā)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，沖擊管壁而激發(fā)噪聲。②空穴現(xiàn)象激發(fā)的噪聲，這是當(dāng)油路中高壓力急速脈動(dòng)的情況下，油中含有的空氣會(huì)不斷地形成氣泡并又破滅，由此會(huì)產(chǎn)生空穴噪聲。第二十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

③噴油系統(tǒng)管道的共振噪聲，當(dāng)油管供油壓力脈動(dòng)的頻率接近于管道的固有頻率時(shí)，便會(huì)引起共振而激發(fā)噪聲。機(jī)械性噪聲包括噴油泵凸輪和滾輪體之間的周期性沖擊和摩擦，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。第二十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.3.4

齒輪傳動(dòng)噪聲齒與齒之間不可避免地產(chǎn)生撞擊和摩擦，從而使齒輪產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲。齒輪承受著交變的負(fù)荷，加上齒輪本身的各種誤差，就會(huì)使這種動(dòng)負(fù)荷更為嚴(yán)重。這種動(dòng)負(fù)荷會(huì)使軸產(chǎn)生變形并在軸承上引起動(dòng)負(fù)荷，軸承的動(dòng)負(fù)荷又傳給內(nèi)燃機(jī)殼體和齒輪箱殼體，使殼體激發(fā)出噪聲。第二十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

⒈齒輪噪聲產(chǎn)生機(jī)理齒輪噪聲包括兩種頻率成分：高頻噪聲主要是由齒輪的基節(jié)發(fā)生偏差而引起的，是齒輪噪聲的主要成分。除基節(jié)誤差外，齒形誤差、齒面光潔度等也會(huì)產(chǎn)生部分高頻噪聲。齒輪嚙合的低頻噪聲主要是由周節(jié)累積誤差所引起的，齒輪轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)就產(chǎn)生一次撞擊，其頻率：

?p＝nz／60第二十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

⒊齒輪噪聲的控制（１）

選用合理的齒輪參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式（２）

采用高內(nèi)阻的齒輪材料或采用隔振措施（３）

提高齒輪加工精度（４）

對(duì)齒輪進(jìn)行修緣（５）

合理設(shè)計(jì)齒輪箱第二十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.3.5軸承噪聲軸承本身噪聲并不大，但它對(duì)整機(jī)的支承剛度和固有頻率有較大影響。軸承的振動(dòng)又導(dǎo)致軸系的共振而產(chǎn)生噪聲。隨著軸的旋轉(zhuǎn)，軸心產(chǎn)生周期性的跳動(dòng)，使?jié)L動(dòng)體和套圈、軸承保持架之間產(chǎn)生撞擊、摩擦聲。第三十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.4內(nèi)燃機(jī)機(jī)體部件的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和輻射噪聲11.4.1內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)響應(yīng)內(nèi)燃機(jī)的燃燒激振力和機(jī)械激振力通過各結(jié)構(gòu)零件傳遞到內(nèi)燃機(jī)的外表面上，形成表面的振動(dòng)響應(yīng)。要控制內(nèi)燃機(jī)噪聲，最終還是要使表面輻射噪聲減小，除了控制燃燒激振力和機(jī)械激振力之外，還要在這些激振力的傳遞途徑上，以及從表面振動(dòng)的阻尼和輻射噪聲的隔離等方面采取措施，進(jìn)行噪聲控制。第三十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五第三十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

若有一個(gè)激勵(lì)或輸入（即為內(nèi)燃機(jī)激振力）則此線性系統(tǒng)有一個(gè)響應(yīng)或輸出（即為內(nèi)燃機(jī)的表面振動(dòng)或輻射噪聲）。線性系統(tǒng)可以是單輸入—單輸出系統(tǒng)，也可以是多輸入－多輸出系統(tǒng)。若激勵(lì)為一時(shí)域函數(shù)x（t），則響應(yīng)為另一時(shí)域函數(shù)y（t），中間線性系統(tǒng)也存在一時(shí)域函數(shù)，稱為脈沖響應(yīng)函數(shù)h（t）。這三者之間存在著卷積的關(guān)系，即第三十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五其中，Sxy（ω）為x（t）和y（t）的互能量譜密度，即互譜；Sxx（ω）為x（t）的能量譜密度，即自譜。第三十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五Ｈ（ω）稱為線性系統(tǒng)的傳遞函數(shù)或頻率響應(yīng)函數(shù)。對(duì)一定結(jié)構(gòu)的機(jī)械系統(tǒng)（即系統(tǒng)的質(zhì)量、剛度阻尼一定時(shí)），Ｈ（ω）只是頻率的函數(shù)。Ｈ（ω）反映了某機(jī)械系統(tǒng)本身的特性而與激勵(lì)無關(guān)。因此，如果我們已知激勵(lì)及其傅氏變換，關(guān)知道了傳遞函數(shù)，則即可得知內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)的響應(yīng)。第三十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.4.2

表面振動(dòng)與輻射噪聲的關(guān)系結(jié)構(gòu)表面振動(dòng)和表面輻射噪聲有著密切的關(guān)系。隨轉(zhuǎn)速的增加，噪聲、振動(dòng)速度和加速度也隨之增加，噪聲頻譜與振動(dòng)速度級(jí)頻譜有非常一致的形狀，因而可以用表面振動(dòng)速度來描述噪聲。研究表明，機(jī)體表面輻射噪聲和表面振動(dòng)之間可以按板的輻射噪聲情況來考慮，即可用下式來描述，即

第三十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五公式表明，當(dāng)輻射表面及基面積一定，聲傳播介質(zhì)一定（即ρc一定）時(shí)，輻射噪聲主要與振動(dòng)速度V和輻射系數(shù)σ有關(guān)。其中V可由測量、計(jì)算確定,σ則對(duì)不同結(jié)構(gòu)的內(nèi)燃機(jī)有不同的值，由實(shí)驗(yàn)確定。內(nèi)燃機(jī)外表面形狀是很復(fù)雜的，為了使分析輻射系數(shù)σ簡便起見，可將其表面簡化為若干個(gè)簡單的矩形板組合，然后依板的支承條件來分析各個(gè)板的輻射系數(shù)。

第三十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.4.3

表面輻射噪聲的控制在結(jié)構(gòu)上采取措施可以大幅度地降低內(nèi)燃機(jī)的表面輻射噪聲，從而使整機(jī)噪聲大大減小。增加結(jié)構(gòu)剛度和阻尼是減少表面振動(dòng)的基本措施，即在同樣的激振力作用下減小結(jié)構(gòu)表面響應(yīng)就可使噪聲降低。通過恰當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，減輻射噪聲表面面積，亦是控制輻射噪聲的有效措施之一。第三十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五缸體－曲軸箱的剛度較差，振動(dòng)較大，通常是表面輻射噪聲的主要部分，同時(shí)其振動(dòng)又要傳給重要輻射噪聲面的罩殼，使其振動(dòng)加劇。因而控制缸體－曲軸箱的表面響應(yīng)是控制內(nèi)燃機(jī)表面輻射噪聲的基本途徑，這主要取決于它本身的結(jié)構(gòu)剛度。增加剛度的主要目的是提高結(jié)構(gòu)的固有頻率的主要方法是增加壁厚、采用整體式軸承梁、改進(jìn)曲軸箱結(jié)構(gòu)、加筋等。用這些辦法以求得避開800～２000Hz的噪聲峰值。在缸體上加筋也是提高剛度的有效方法，通過振型分析，筋應(yīng)加在振動(dòng)較大的部位。

第三十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五內(nèi)燃機(jī)的罩殼類零件往往是主要的表面輻射噪聲源。492Q型汽油機(jī)在1024.4Hz下激測試表明，油底殼側(cè)面振幅的平均值為缸蓋的17.1倍，在其他頻率下也表明油底殼是該機(jī)振動(dòng)量最大的零件，是最大的表面輻射噪聲源。常用的阻尼材料是內(nèi)耗大的高分子材料，這種材料敷在振動(dòng)物體上，當(dāng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)產(chǎn)生彎曲變形時(shí)，阻尼材料產(chǎn)生剪切變形，由于它的內(nèi)摩擦而將部振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽瑥亩_(dá)到減振降噪的目的。其中自由阻尼層就是將阻尼材料涂在物體表面上，約束阻尼就是將阻尼材料粘合在結(jié)構(gòu)物與金屬約束板之間。

第四十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.5內(nèi)燃機(jī)空氣動(dòng)力噪聲11.5.1進(jìn)氣噪聲進(jìn)氣噪聲是內(nèi)燃機(jī)的主要空氣動(dòng)力噪聲源之一，它是由進(jìn)氣閥的周期性開、閉而產(chǎn)生的進(jìn)氣管內(nèi)壓力起伏變化所形成的。當(dāng)進(jìn)氣閥開啟時(shí)，在進(jìn)氣管中產(chǎn)生一個(gè)壓力脈沖，隨著活塞的繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，它很快受到阻尼。當(dāng)進(jìn)氣閥關(guān)閉時(shí)，同樣產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)一定時(shí)間的壓力脈沖。

第四十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五這樣就產(chǎn)生了周期性的進(jìn)氣噪聲，它的主要基頻為：

此外，氣流以高速流經(jīng)進(jìn)氣閥流通截面，形成渦流，產(chǎn)生高頻噪聲。由于時(shí)氣閥流通截面是在不斷變化的，故這種渦流噪聲具有一定寬度的頻率分布，主要頻率成分在1000Hz以上，渦流噪聲的峰值頻率為：第四十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五對(duì)于增壓內(nèi)燃機(jī),由于增壓器的轉(zhuǎn)速一般都很高,因此,其進(jìn)氣噪聲明顯高于非增壓機(jī)。其基頻和高次諧波的峰值頻率：對(duì)于同一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)來說，轉(zhuǎn)速影響最大，轉(zhuǎn)速增加一倍時(shí)，進(jìn)氣噪聲可增加10～13dB（A）。第四十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

11.5.2

排氣系統(tǒng)噪聲⒈排氣噪聲發(fā)生機(jī)理及其頻譜特性排氣噪聲是內(nèi)燃機(jī)最主要的噪聲源，它的噪聲往往比內(nèi)燃機(jī)整機(jī)噪聲高10～1５dB（A）。內(nèi)燃機(jī)的排氣過程可分為自由排氣階段和強(qiáng)制排氣階段，排氣噪聲主要產(chǎn)生在超臨界的自由排氣階段。由于這時(shí)氣缸內(nèi)的壓務(wù)為排氣管內(nèi)壓力的兩倍以上，排氣為超臨界流動(dòng)，這時(shí)通過排氣閥的氣體速度等于燃?xì)庵械穆曀?，一般可達(dá)500～700m／s。廢氣從排氣閥以高速?zèng)_出，沿著排氣支管進(jìn)入消聲器，最后從尾管排入大氣。在這一不定過程中，產(chǎn)生了寬頻帶的排氣噪聲。第四十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

排氣噪聲的頻譜常包含以下頻率成分：以每秒鐘內(nèi)排氣次數(shù)為基頻的排氣噪聲、管道內(nèi)氣柱共振噪聲排氣支管處的氣流吹氣聲廢氣噴注和沖南海噪聲氣缸亥姆霍茲共振噪聲氣閥桿背部的卡門渦流噪聲和排氣系統(tǒng)管道內(nèi)壁面處的紊流噪聲等第四十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

⑴基頻排氣噪聲基頻噪聲是由于內(nèi)燃機(jī)每一缸的排氣閥啟開時(shí)，氣缸內(nèi)燃?xì)馔蝗灰愿咚賴姵?，氣流沖擊到排氣道內(nèi)氣閥附近的氣體上，使其產(chǎn)生壓力劇變而形成壓力波，從而激發(fā)出噪聲。由于各氣缸排氣是在指定的相位上周期性進(jìn)行的，因而這是一種周期性的噪聲。第四十六頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五這種噪聲是一種典型的低頻噪聲，基頻噪聲頻率顯然和每秒鐘的排氣次數(shù)，即和氣缸爆發(fā)頻率是相同的，故基頻噪聲的頻率為在排氣噪聲頻譜上，通常在基頻?1或其第二、三次諧波2?1、3?1附近出現(xiàn)峰值，頻率再高時(shí)，以排氣次數(shù)為基頻的排氣噪聲聲壓級(jí)不大。第四十七頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

⑵排氣管道內(nèi)氣柱共振噪聲排氣系統(tǒng)管道中的空氣柱，在周期性排氣噪聲的激發(fā)下，因發(fā)生共振而產(chǎn)生空氣柱共振噪聲。第四十八頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

⑶排氣支管處的氣流吹氣聲這種渦流將使支管內(nèi)氣體產(chǎn)生壓力波動(dòng)，從而激發(fā)出噪聲，這種噪聲稱為“唇”音或“邊棱音”。如果這種壓力波動(dòng)的頻率恰好在使管口附近的聲阻抗Ｚ為最小的頻率上，則管內(nèi)將發(fā)生共振，激發(fā)出噪聲。因υ隨曲軸轉(zhuǎn)角而變，總會(huì)有一些氣流速度符合氣道共振的條件而發(fā)出氣柱共振聲。此外，高速氣流通過消聲器狹窄部分時(shí)，流速增大并產(chǎn)生廢氣紊流，紊流所產(chǎn)生的聲強(qiáng)與流速的８次方成正比，頻率成分主要是高頻。第四十九頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

⑷亥姆霍茲共振噪聲對(duì)于某些內(nèi)燃機(jī)，尤其是單缸機(jī)，排氣閥開啟時(shí)，正在排氣的氣缸與排氣管相通，該氣缸容積如同一個(gè)亥姆霍茲共振器，由于氣缸內(nèi)氣體共振，激發(fā)出噪聲。其共振頻率為

亥姆霍茲共振噪聲的特點(diǎn)是它與內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)。因此，在排氣噪聲頻譜中與內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速變化無關(guān)的噪聲往往是亥姆霍茲共振噪聲。第五十頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

⑸廢氣噴注和沖擊噪聲在自由排氣階段，排氣閥處會(huì)由于高速的氣流噴注而產(chǎn)生強(qiáng)烈的噴注噪聲。又由于氣體的粘性，廢氣排出后，會(huì)帶動(dòng)排氣閥后的氣體一起運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生卷吸作用，使周圍氣體發(fā)生旋轉(zhuǎn)，形成渦流，輻射出渦流噪聲。另外，排氣閥附近存在著氣體壓力的不連續(xù)面。這種壓力不連續(xù)會(huì)產(chǎn)生沖擊波，因而產(chǎn)生沖擊噪聲。其峰值頻率為：第五十一頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五（６）排氣管內(nèi)壁面處的摩擦及紊流噪聲（７）排氣噪聲的其他一些組成聲源第五十二頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

2.影響排氣噪聲的主要因素（１）內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷對(duì)排聲噪聲的影響對(duì)同一內(nèi)燃機(jī)來說，對(duì)排氣噪聲影響最大的因素則是內(nèi)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速和負(fù)荷。各種內(nèi)燃機(jī)在轉(zhuǎn)速增加一倍時(shí)，空負(fù)荷的排氣噪聲增加10～14dB（A），而全負(fù)荷的排氣噪聲僅增加5～9dB（A）。這就說明內(nèi)燃機(jī)在全負(fù)荷時(shí)，各轉(zhuǎn)速下的排氣壓力變化是不大的。第五十三頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

（２）不同類型內(nèi)燃同排氣噪聲的比較（a）同等功率的二沖程機(jī)比四沖程機(jī)的排氣噪聲大，主要原因是：①二沖程機(jī)為了充分換氣，一般比四沖程機(jī)排氣開始時(shí)刻早，因而排氣開始時(shí)氣缸壓力較高，故排氣噪聲大些。②二沖程機(jī)通常轉(zhuǎn)速較高，單位時(shí)間內(nèi)平均換氣量比四沖程機(jī)多，排氣次數(shù)也多一倍，因此所產(chǎn)生的氣流聲和渦流聲大，頻率也高。③為了保證掃效果，二沖程內(nèi)燃機(jī)不宜采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的消聲器。

第五十四頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五

（b）柴油機(jī)一般比汽油機(jī)的排氣噪聲大，這是因?yàn)椋孩俨裼蜋C(jī)工作時(shí)，最高爆發(fā)壓力和壓力增長率均比汽油機(jī)高，因此同等功率相比，柴油機(jī)排氣噪聲較大。②同一功率的內(nèi)燃機(jī)，往往汽油機(jī)的氣缸數(shù)較多，因而改善了排氣系統(tǒng)中的氣流脈動(dòng)。第五十五頁，共六十一頁，編輯于2023年，星期五