汽车进排气系统的噪声与振动 第三章

汽车发动机的燃烧噪声与振动控制在现代社会，汽车已经成为人们生活中不可或缺的一部分。

然而，汽车的发动机燃烧噪声和振动给人们的驾驶体验带来了一定的困扰。

为了提高汽车的舒适性和安静性，对汽车发动机的燃烧噪声和振动进行控制是至关重要的。

本文将从发动机噪声和振动的原因入手，探讨一些常见的噪声和振动控制技术。

一、噪声的来源和控制1.1 燃烧噪声燃烧噪声指的是发动机在燃烧过程中产生的噪声。

这种噪声主要源于燃烧室内的高温高压气体和燃油的燃烧不完全。

燃烧噪声可以通过以下控制手段来减少：（1）改善燃烧室设计：优化燃烧室结构和燃烧室内的气流分布，提高燃烧效率，减少噪声的产生。

（2）提高燃油的喷射技术：采用先进的燃油喷射技术，如直接喷射和多点喷射等，可以使燃油燃烧更充分，减少噪声的产生。

（3）降低排气温度：通过增加散热器的面积和改进冷却系统，有效降低排气温度，减少噪声的散发。

1.2 机械噪声机械噪声是指发动机内部机械零部件运动时产生的噪声。

这种噪声的主要来源有曲轴、连杆、凸轮轴等部件的运动和摩擦声。

机械噪声可以通过以下控制手段来减少：（1）优化零部件的材料和制造工艺：选择高强度、低噪声的材料，并采用精密加工工艺，降低摩擦噪声。

（2）加装隔音材料：在发动机的关键部位加装隔音材料，如凸轮轴盖、曲轴箱等，有效降低机械噪声。

（3）减震措施：采用减震器和隔振装置，减少机械振动，进而降低机械噪声。

二、振动的来源和控制2.1 内燃机的振动内燃机的振动主要来自于排气脉动和不平衡力。

由于内燃机的工作过程是不连续的，燃烧的脉动力会给发动机带来一定的振动。

此外，由于内燃机各零部件的质量分布和工作时的力分布不均匀，也会导致发动机的振动。

内燃机的振动可以通过以下控制手段来减少：（1）改善配气系统：通过优化进气和排气系统的设计，使排气脉动减小，有助于降低内燃机的振动。

（2）平衡旋转部件：对内燃机旋转部件进行平衡处理，减少不平衡力，降低振动的产生。

汽车进排气系统的噪声与振动庞剑2005年 5月©版权所有前言这份 <<汽车进排气系统的噪声与振动 >>讲义是作者将出版的学术著作 <<汽车噪声与振动:理论与分析 >>的一部分。

由于写作时间的仓促和水平的限制,难免会有些错误,请读者谅解! 并欢迎提出宝贵意见。

庞剑2005年 5月于美国密西根313-206-5991 (办公室734-495-1581 (家目录第一章管道声学 . .................................................................................................................. 1第一节管道波动方程与驻波 . ........................................................................................ 1第二节管道声阻抗 . ........................................................................................................ 3第三节管口封闭与管口敞开 . ........................................................................................ 5第四节四端网络分析 . .................................................................................................... 8第二章消音元件声学评价指标 . .............................................................................................. 12 第一节传递损失 . .......................................................................................................... 12 第二节插入损失 . .......................................................................................................... 15 第三节声压级差值及声压级 . ...................................................................................... 16 第四节几种评价指标的比较 . ...................................................................................... 17 第三章消音元件声学分析 . ...................................................................................................... 18 第一节声学元件的分类 . .............................................................................................. 18 第二节消音元件的设计要求 . ...................................................................................... 18 第三节扩张消音器 . ...................................................................................................... 19 第四节旁支消音器 . ...................................................................................................... 23 第五节赫尔姆兹消音器 . .............................................................................................. 25 第六节四分之一波长管 . .............................................................................................. 30 第七节半波长管 . .......................................................................................................... 32 第四章进气系统噪声与振动分析与设计 . .............................................................................. 34 第一节进气系统概述 . .................................................................................................. 34 第二节进气系统的噪声问题 . ...................................................................................... 35 第三节进气多支管的声学分析 . .................................................................................. 37 第四节空气过滤器 (扩张消音器的声学分析 ........................................................... 43 第五节旁支消音器声学分析 . ...................................................................................... 45 第六节进气口噪声实例分析 . ...................................................................................... 47 第七节进气系统的振动与辐射噪声 . .......................................................................... 53 第五章排气系统的噪声与振动分析 . . (54)第一节排气系统概述 . (54)第二节排气系统的噪声源 . (56)第三节排气系统消音器的设计 . (57)第四节尾管噪声分析 . (64)第五节尾管和中间管的声学分析 . (67)第六节 V型发动机的多支管和 Y 管与声音质量 (67)第七节排气系统的消音容积 . ........................................................................................70 第八节排气系统消音调节整体分析 . ..........................................................................71 第九节排气系统的背压分析 . ......................................................................................76 第六章排气系统的振动分析 . .................................................................................................... 78 第一节排气系统的振动源 . .......................................................................................... 78 第二节排气系统的振动模态分析 . .............................................................................. 78 第三节排气系统动力分析 . .......................................................................................... 80 第四节挂钩及隔振器的设计要求 . .............................................................................. 81 第五节柔性连接管的刚度 . (82)第六节排气系统的结构噪声 . ...................................................................................... 84 第七章进气与排气系统的主动与半主动噪声控制 . ............................................................ 86 第一节噪声控制基础 . ........................................................................................................ 86 第二节主动与半主动噪声控制 . . (90)一.进气系统主动与半主动噪声控制 . ........................................................................90二. 排气系统的主动与半主动控制 . ..........................................................................93三.车内噪声的主动控制 . ............................................................................................95四.声品质控制 . ............................................................................................................97 第八章汽车噪声与振动的评价 . ........................................................................................ 98 第一节概述 . .................................................................................................................. 98 第二节噪声的评价 . ...................................................................................................... 100 第三节声品质 . .............................................................................................................. 104 第四节振动的评价 . ...................................................................................................... 107 第五节通过噪声评价 . .. (111)第一章管道声学汽车进排气系统是由管道和消音元件组成。

(一) 进气系统空气是燃烧最重要的成分之一。

空气是通过进气系统进入发动机汽缸的，与燃油混合。

点火后,燃油在空气中燃烧后释放出化学能量，化学能量转变成热能，然后再转变成机械能量.机械能量推动曲柄连杆机构做工，然后推动汽车前进。

进入汽缸的空气越多,燃烧的效率就越高。

提高进气量的途径有两个,一是减小进气阻力,二是减小排气系统的背压。

1。

进气系统的结构：图1为一个进气系统的示意图。

进气系统可以分成两部分：发动机进气多支管系统和空气进入系统。

多支管系统包括进气分管和进气总管。

空气进入系统包括进气控制阀，怠速进气通道，柔性连接管，干净空气管,四分之一波长管，空气过滤器，空气过滤网,赫尔姆兹消音器，进气管等等。

81--—进气分管,2-——进气总管，3-—-进气控制阀,4—--怠速进气通道，5—--柔性连接管，6-—-干净空气管，7—--四分之一波长管，8--—空气过滤器，9-——空气过滤网，10—--赫尔姆兹消音器，11--—进气管图1 一个进气系统的示意图.2。

工作原理空气从进气管口进来，流入到空气滤清器，空气中的灰尘和杂质被过滤网滤掉.干净的空气流入到干净空气管。

进气导管上安装著一个或者两个空气质量流传感器（MAFS)，传感器控制进入汽缸的空气量.这个传感器是由发动机电子控制系统来控制，发动机电子控制系统将利用质量空气流传感器的信号来调节空气与燃油的比例,使其达到最佳。

空气控制伐控制著进入汽缸的空气流量，从而控制著发动机输出功率大小.当阀门全关闭的时候,怠速控制阀工作，来调节发动机的怠速。

3。

进气系统功能：进气系统有下面几个功能：1）.调节空气与燃油流量的比值。

控制进气量的多少，使得进入发动机汽缸的空气量最佳。

调节泄露空气使其再利用，使凸轮轴泄露的气体再进入进气系统.2）.保护外界杂质和不需要的成分对发动机的损坏。

空气过滤器阻止外界杂质进入汽缸，从而防止发动机磨损，这样可以提高发动机的可靠性。

排气进口的设计还要保证水和雪不能进入进气系统。

31工业技术 某新品汽车与刚上市阶段，顾客普遍反映汽车的驾驶室中有较大的振动噪声，研究人员经过测试，发现怠速驾驶员的耳边噪声达到54dB，而市场上的同车型汽车产生的噪声仅为43dB 左右，更小的在40dB 以下。

为了改善客户的使用体验，必须对振动噪声进行处理。

测试人员对这样的状况进行系统的分析，发现汽车的NVH 状况不但和发动机、排气系统的振源有着明显的关系，还与这些振源的悬挂隔震能力有着明显的相关性，与汽车车身的结构也存在一定联系，因此试验人员对其进行逐一的分析和排查，排气系统产生的震动噪声是主要噪声源，要解决车辆的噪声问题，首先需要对排气系统进行改善。

1　汽车的排气系统 排气系统指的是从汽车发动机排气歧管到尾管之间各个零部件的组合，其功能主要是进行废气的处理和噪声的减弱。

通过分析，汽车的排气系统对于车辆NVH 产生的影响主要有两种：第一是排气系统产生振动，通过吊挂传递到驾驶室当中；第二是排气系统产生的噪声，会通过空气传播到驾驶室当中。

需要进行分开处理。

2　汽车排气系统的噪声源与解决方式2.1　排气系统的噪声源 通过分析论证发现汽车排气系统的噪声源主要有空气噪声、冲击噪声、气流摩擦产生的声音以及辐射噪声等。

空气噪声是指汽车发动机在运动过程中，由于压力波在排气管道中传播而造成的，空气噪声的大小取决于排气管道的直径，当气流量一定时，管道的直径越大产生的空气噪声就越稳定；而冲击噪声是由于不稳定的气流冲击管道形成的，加入排气歧管的弯曲幅度不够，那么产生的气流就会非常大，也就会出现噪声；气流摩擦的噪声是应为气体流动速度非常高的情况下，传递到尾管的时候就会发出巨大的噪声；辐射噪声则是由于排气管道中中的消声原件受到影响后出现震动，从而出现噪声。

2.2　排气系统噪声的解决方式 通过对噪声产生原因的分析，基于对某汽车拍题系统的分析研究之后从以下三个方面进行改造：首先是将消声器的容积增大，改变其结构。

某汽车的原消声器由于跑道型的穿孔前消声器以及赫姆霍兹消声器组合形成，总消声的容积为11.9L，通常认为总消声容积应该超出发动机排量的10倍，因此在论证之后将前消声器进行改造，将原来的跑道型改变为原来的旋压圆形，同时将其长度增加，容积增加1L。

第五章排气系统的噪声与振动分析第一节排气系统概述1.排气系统的结构与种类排气系统一般是指与从发动机排气多支管到排气尾管各个部件组合。

图5・1为一个V型发动机的排气系统图。

排气系统包括：Y型管、催化器、柔性管、前置消音器、后置消音器、中间连接管、尾管、挂钩、挂钩隔振器等部件。

图5・1排气系统的组成排气系统的一端通过排气多支管与发动机相连，而另一端是通过挂钩与车体相连。

图5・2 表示排气系统与发动机与车体的连接示意图。

排气系统可以按照温度高低分成热端与冷端，如图5.2所示。

离发动机近的部分叫著热端，一般包括排气多支管.催化器等。

当气体离发动机越远，温度就越低。

冷端包括前置消音器、后置消音器、中间管道和尾管等。

一般情况下，柔性连接管是热端和冷端的分界点，但是也有例外，如有些结构的柔性管安装在Y型管上或者有的结构中没有柔性管。

图5.2排气系统与发动机与车体的连接图Y型管是针对V型发动机的。

对4四缸发动机來说，一般来说没有Y型管。

对丁•发动机是东-西方向放置的，一般都会有柔性管或者是球型连接器，因为发动机曲轴的转动方向与排气系统垂直，从而引起很大的弯曲与扭转振动。

而对于南-北方向放置的发动机來说，一般没有柔性管，因为发动机曲轴的转动方向与排气系统平行，只引起扭转振动而没有弯曲振动。

一般來说，弯曲振动通过挂钩传到车体上的力比扭转振动传递的力耍大些。

排气系统的类型有下面儿种：单入口单出口(图5.3(A)),单入口双出口(图5.3(B)),双入口单出口(图5.3(0),双入口双出口(图5. 3(D))和两个独立的排气系统(图5. 3(E))O单入口用在四缸发动机上，双入口用在V型发动机上。

单岀口和双出口在四缸发动机和V型发动机上都有应用。

独立系统是用在V 型发动机上。

2.排气系统的功能空气与燃油在发动机内燃烧后，废气要排入到大气中。

由於燃烧不彻底，这些废气中含有氮氧化合物、一氧化碳等有害物质。

这些有害物质必须经过处理后才能排放到大气中，否则就会造成空气污染。

车辆动力系统的噪音与振动控制随着汽车工业的快速发展，车辆动力系统的噪音和振动问题逐渐引起了人们的关注。

噪音和振动不仅会影响驾驶员和乘客的舒适性，还会对车辆的性能和寿命产生不利影响。

因此，控制车辆动力系统的噪音与振动成为了汽车工程领域中的一个重要课题。

一、噪音与振动的来源车辆动力系统的噪音与振动主要来自于发动机、传动系统和底盘等部件。

发动机的燃烧过程会产生较大的振动和噪音，尤其是在高负荷工况下。

传动系统中的齿轮啮合、离合器和变速器的工作也会引起噪音和振动。

底盘部件的运动和轮胎与道路之间的摩擦也会产生噪音和振动。

二、噪音与振动的危害车辆动力系统的噪音与振动不仅会影响驾驶员和乘客的舒适性，还会对车辆的性能和寿命产生不利影响。

噪音和振动会加速零部件的磨损和疲劳，从而缩短车辆的使用寿命。

高强度的振动还可能导致零部件松动，进一步引发故障和事故。

此外，噪音和振动还对驾驶员的健康产生负面影响，长期暴露在噪音环境下容易引发听力损伤和心理问题。

三、噪音与振动控制的原则有效控制车辆动力系统的噪音与振动需要遵循以下原则：1. 降低噪音和振动产生的根源：通过改进发动机、传动系统和底盘设计，优化机械零部件和降低燃烧噪音，从而减少噪音和振动的产生。

2. 减少噪音和振动的传递途径：采用减振材料和隔音材料，增加零部件之间的缓冲层，有效减少噪音和振动的传递，降低车内的噪音水平。

3. 优化车辆动力系统的悬挂和减震系统：合理调整悬挂和减震系统的参数，提高车辆的悬挂刚度和减震效果，从而减少噪音和振动对车辆的影响。

4. 应用控制策略和技术手段：利用现代控制理论和技术手段，例如主动噪音控制和主动振动控制，通过传感器和控制器对噪音和振动进行实时监测和调节，有效降低车辆动力系统的噪音和振动水平。

四、噪音与振动控制的方法为了控制车辆动力系统的噪音与振动，可以采取以下方法：1. 发动机优化：通过优化燃烧过程，减少燃烧噪音和振动。

采用减震支撑和改进排气系统等手段，降低发动机的振动和噪音。

汽车排放与噪声控制技术作业指导书第1章汽车排放与噪声控制概述 (3)1.1 汽车排放污染及危害 (3)1.2 汽车噪声污染及危害 (4)1.3 汽车排放与噪声控制的意义 (4)第2章汽油机排放污染物机理 (4)2.1 污染物过程 (4)2.1.1 燃烧室内化学反应 (4)2.1.2 排气系统内化学反应 (4)2.2 影响排放污染物的因素 (5)2.2.1 燃油品质 (5)2.2.2 燃烧过程 (5)2.2.3 发动机工况 (5)2.2.4 排气系统设计 (5)2.3 降低汽油机排放污染的措施 (5)2.3.1 优化燃油品质 (5)2.3.2 改进燃烧过程 (5)2.3.3 控制发动机工况 (5)2.3.4 采用排气后处理技术 (5)2.3.5 提高发动机热效率 (5)2.3.6 加强维护与管理 (6)第3章柴油机排放污染物机理 (6)3.1 柴油机排放污染特点 (6)3.2 污染物过程 (6)3.3 影响排放污染物的因素 (6)3.4 降低柴油机排放污染的措施 (7)第4章汽车噪声产生与传播机理 (7)4.1 汽车噪声来源与分类 (7)4.1.1 发动机噪声 (7)4.1.2 轮胎噪声 (7)4.1.3 车身结构噪声 (7)4.1.4 空气动力学噪声 (7)4.1.5 电子设备噪声 (8)4.2 噪声传播过程 (8)4.2.1 声波传播基本原理 (8)4.2.2 汽车噪声传播途径 (8)4.3 影响汽车噪声特性的因素 (8)4.3.1 发动机参数 (8)4.3.2 车身结构 (8)4.3.3 轮胎特性 (8)4.3.4 气象条件 (8)4.3.5 路面状况 (8)第5章汽车排放控制系统 (8)5.1 汽油机排放控制系统 (8)5.1.1 废气再循环（EGR）系统 (8)5.1.2 三元催化转化器（TWC） (9)5.1.3 燃油蒸发排放控制系统（EVAP） (9)5.1.4 空气喷射系统 (9)5.2 柴油机排放控制系统 (9)5.2.1 柴油机氧化催化器（DOC） (9)5.2.2 柴油机颗粒过滤器（DPF） (9)5.2.3 废气再循环（EGR）系统 (9)5.2.4 选择性催化还原（SCR）技术 (9)5.3 新能源汽车排放控制技术 (9)5.3.1 电动汽车排放控制 (9)5.3.2 氢燃料电池汽车排放控制 (9)5.3.3 插电式混合动力汽车排放控制 (10)5.3.4 燃料电池汽车排放控制 (10)第6章汽车噪声控制技术 (10)6.1 噪声源控制技术 (10)6.1.1 发动机噪声控制 (10)6.1.2 轮胎噪声控制 (10)6.1.3 车身结构噪声控制 (10)6.2 传播途径控制技术 (10)6.2.1 隔声技术 (10)6.2.2 吸声技术 (11)6.3 接收者保护技术 (11)6.3.1 车内噪声控制 (11)6.3.2 车外噪声控制 (11)第7章汽车排放与噪声检测技术 (11)7.1 排放检测技术 (11)7.1.1 尾气排放检测 (11)7.1.2 汽油车排放检测 (11)7.1.3 柴油车排放检测 (12)7.2 噪声检测技术 (12)7.2.1 噪声源识别 (12)7.2.2 噪声检测方法 (12)7.2.3 噪声检测标准 (12)7.3 检测设备与标准 (12)7.3.1 排放检测设备 (12)7.3.2 噪声检测设备 (12)7.3.3 检测标准 (12)第8章汽车排放与噪声控制法规及政策 (12)8.1 我国相关法规及政策 (12)8.1.1 汽车排放法规 (12)8.1.3 政策措施 (13)8.2 国际相关法规及政策 (13)8.2.1 欧洲法规 (13)8.2.2 美国法规 (13)8.2.3 其他国家和地区 (13)8.3 法规及政策发展趋势 (13)8.3.1 法规日益严格 (13)8.3.2 推动新能源汽车发展 (13)8.3.3 加强国际合作 (13)8.3.4 创新技术和管理手段 (14)第9章汽车排放与噪声控制技术应用 (14)9.1 传统汽车排放与噪声控制技术应用 (14)9.1.1 排放控制技术 (14)9.1.2 噪声控制技术 (14)9.2 新能源汽车排放与噪声控制技术应用 (14)9.2.1 排放控制技术 (14)9.2.2 噪声控制技术 (14)9.3 汽车排放与噪声控制技术的发展趋势 (15)第10章汽车排放与噪声控制实训操作 (15)10.1 实训操作规范与要求 (15)10.2 排放检测实训操作 (15)10.3 噪声检测实训操作 (16)10.4 汽车排放与噪声控制实训案例分析 (16)第1章汽车排放与噪声控制概述1.1 汽车排放污染及危害汽车作为现代交通工具，在为人们提供便捷出行的同时也带来了严重的排放污染问题。

论汽车排气系统噪音与振动的控制摘要：结合某车型存在着汽车排气系统噪音问题，结合自身从事汽车设计管理的实践经验，分别从汽车排气系统的噪声源和汽车的振动源等角度探讨了存在噪声及振动的原因，并据此有针对性提出有效的解决措施，希望对全面提升汽车排气系统噪音与振动控制水平有所帮助。

关键词：汽车排气系统，噪音控制，振动控制，处理措施针对驾驶室中有较大的振动噪声来说，为了保障提供给客户更好的感受和体验，应充分有效控制相应的汽车系统噪音问题，加强有针对性的处理措施。

经过测试，针对这类车型的结构设计以及配置情况，噪声主要来源涉及到排气系统产生的震动噪声问题，从这个角度来看，我们应充分重视加强汽车排气系统噪音控制。

这里分别从汽车排气系统的噪声源和汽车的振动源等角度进行论述，希望对于广大同仁起到一定抛砖引玉的作用。

1 汽车的排气系统概述对于汽车系统中的排气来说，主要指到发动机排气歧管一直到尾管间所涉及到相关零部件，能有效控制废气处理及噪声控制。

具体来说，结合排气系统的特点，影响到车辆运行环节中的主要因素涉及到两个方面。

一是，排气系统中存在着一定的噪声问题，借助于空气传播而作用于驾驶室；二是，存在着排气系统的振动情况，结合吊挂传递进而影响到驾驶室的情况。

2 汽车排气系统的噪声源与解决方式2. 1排气系统噪声源从实际的情况来看，汽车排气系统的噪声源主要涉及到辐射噪声、冲击噪声、空气噪声以及气流摩擦而造成的一系列声音等。

结合发动机运行的实际情况，在一定的压力波的作用下，通过排气管道来进行相关的空气噪声的传播，从这个角度来看，排气管道尺寸直接影响到空气噪声的大小。

在满足一定气流的基础上，往往较大的管道直径则意味着较为稳定的空气噪声。

同时，对于产生的冲击噪声来说，主要是存在着不稳定的气流冲击管道影响而造成，如果存在排气歧管的弯曲幅度不满足规范标准的情况，则会造成比较大的气流影响。

对于气流摩擦来说，主要是针对高速运动的气流来说，在进行一直传递到尾管的实践中意味着巨大的噪声问题。