汽车噪声控制学习笔记汇编

《学习笔记》1

汽车噪声控制

参 考 文 献

1 何渝生主编。汽车噪声控制。北京：机械工业出版社，1999

2 马大猷主编。噪声控制学。北京：科学出版社，1987

■发动机噪声及其控制

发动机是汽车的主要噪声源，在我国，发动机噪声约占汽车总噪声的55%以上，因此为降低汽车噪声总水平，应以控制发动机噪声为主要目标。

§1发动机噪声的分类及评价方法

一. 分类：

按噪声辐射的方式分：发动机噪声源分为直接大气辐射和发动机表面向外辐射的两大类。

⒈直接向大气辐射的噪声源有进、排气噪声和风扇噪声。

⒉发动机表面噪声是发动机内部的燃烧过程和结构产生的噪声，是通过发动机外表面以及与发动机外表面刚性连接的零件的振动向大气辐射的。

按发动机表面噪声产生的机理，又分为燃烧噪声和机械噪声。

燃烧噪声：为研究方便，把气缸内燃烧所形成的压力振动并通过缸盖和活塞—连杆—曲轴—机体的途径向外辐射的噪声。（是由于气缸周期性变化的压力作用而产生的，与发动机的燃烧方式和燃烧速度有关）

机械噪声：把活塞对缸套的敲击，正时齿轮、配气机构、喷油系统等运动件之间机构撞击所产生的振动激发的噪声。（是发动机工作时各运动件之及运动件与固定件之间作用的周期性变化的力所引起的,它与激发力的大小和发动机结构动态特性等因素有关）

二. 评价方法

除考虑其辐射噪声能量总水平外，应考察以下噪声特性：

⑴噪声级及其发动机工作状态的变化关系

⑵发动机周围空间各点噪声级数值的分布状态

⑶空间各点的噪声频谱以及发动机工作过程阶段的瞬时声压级

§2发动机燃烧噪声及其控制

一. 燃烧噪声的特性

仅讨论柴油机的燃烧噪声。

燃烧噪声与燃烧过程有关，所以从柴油机燃烧过程的四个阶段—滞燃期、速燃期、缓燃期和补燃期来分别研究它。

⑴滞燃期 燃料未燃烧，尚在进行燃烧前必要的物理和化学准备，气缸中的压力和温度变化都很小，因此对噪声的直接影响甚微，但间接影响重大。

⑵速燃期 燃料迅速燃烧，气缸内压力迅速增加，直接影响发动机的振动和噪声。

▲ 影响压力增长率的主要因素是着火延迟期的长短和供油规律。延迟期越长，喷入气缸的燃料越多，压力增长率越高，则柴油机的冲击载荷大，柴油机内零件敲击严重，增加了柴油机的结构频率和所辐射的噪声。

⑶缓燃期 气缸内压力有所增长，但增长率小，能激发一定程度的燃烧噪声，但对噪声的影响不显著。

⑷补燃期 活塞下行且绝大多数燃料已在前两个时期内燃烧完毕，对燃烧噪声影响不大。

综上所述，燃烧过程的激发的噪声主要集中在速燃期，其次是缓燃期。

燃烧噪声主要表现在两方面

⒈ 由缸内压力急剧变化引起的动力负荷，由此产生结构振动和噪声，其频率相当于各传声零件的自振频率。

⒉ 由气缸内气体的冲击波引起的高频振动和噪声，其频率为气缸内气体的自振频率。

燃烧噪声的根源是气缸内气体压力的变化。

★ 柴油机产生高声调噪声的原因：

⒈在速燃期内产生的气体动力载荷，使柴油机内相应零件受到一种敲击。由于柴油机的结构可视为一个复杂的振动系统，大多数零件的自振频率处在中、高频率范围内，因此，由结构传声而向外辐射的燃烧噪声频率也处在中、高频率范围内。

⒉由气体动力载荷引起的噪声，主要取决于压力增长率及最大压力增长率持续的时间，压力增长越快，持续高增长率时间越长，则噪声就越大。在燃烧过程中，随着气缸内气体压力的剧变，与火焰传播的同时，冲击性质的压力波也随着传播，当冲击波达到燃烧室壁面后将进行多次反射，从而形成了气体的高频振动。

※气缸压力曲线（在时域上）描述了压力变化规律，可以得到燃烧噪声与着火延迟期、压力增长率等因素的关系。

※气缸压力谱（在频域上）描述了压力变化规律，显示出气缸压力曲线所包含的频率结构和每种频率成分强度的大小，深刻揭示了燃烧噪声与气缸压力变化及其所引起振动和噪声的传播途径的关系。

气缸压力谱（暂略）

由气缸压力谱知，气缸压力曲线实质上是由不同频率、不同幅值的一系列谐波叠加而成。发动机的结构振动问题可按线性系统来处理，因此据线性系统的叠加原理，气缸压力的总作用等于这一系列谐波单独激发的总和。

一般认为，这一系列谐波，由两条途径从气缸内传播出去：

⒈经气缸盖和气缸套

⒉经曲柄连杆机构，即活塞、连杆、曲轴及主轴承。

由于发动机结构中大多数零件的刚性较高，而中、高频率的压力级易于传出，即发动机的结构对燃烧噪声的低频段衰减大，对高频段衰减相对较小。【气缸压力级与声压级之差称为衰减量】。试验表明：衰减量基本与气缸压力谱无关。

二. 燃烧噪声控制

降低柴油机燃烧噪声的根本措施是降低压力增长率。

而压力增长率取决于着火延迟期和在着火延迟期内形成的可燃混合气的数量和质量，因此可通过选用十六烷值高的燃料，合理组织喷油过程及选用良好的燃烧室来实现。具体措施如下：

⑴延迟喷油定时

由于气缸内压缩温度和压力是随曲轴转角变化的，喷油时间的早晚对于着火延迟期长短的影响将通过压缩温度和压力而起作用。若喷油早，则燃料进入气缸时的空气温度和压力低，着火延迟期变长；若喷油过迟，同样燃料进入气缸时的空气温度和压力反而变低，着火延迟期变长，燃烧噪声增大；只有适当推迟喷油时间，即减小喷油提前角，可使着火延迟期延期长，燃烧噪声减小。

⑵改进燃烧室结构形状和参数

柴油机工作过程的好坏主要取决于燃油喷射、气流运动和燃烧室形状三方面的配合是否合理。因此，燃烧室的结构形状与混合气的形成和燃烧有密切关系，它不但直接影响柴油机的性能，而且影响着火延迟期、压力升高率，从而影响燃烧噪声。

根据混合气的形成及燃烧精通结构的特点，柴油机的燃烧室分为直喷式和分隔式两大类： A 直喷式又分开式、半分开式和球形燃烧室等

B 分隔式分涡流室和预燃室。

在其它条件相同的情况下，直喷式燃烧室中的球形和斜置圆桶形燃烧室的燃烧噪声最低，分隔式燃烧室的噪声一般较低。而ω形直喷式燃烧室（半分开式）和浅盆形直喷式燃烧室（开式）的燃烧噪声最大。

调节燃烧室结构参数也可降低燃烧噪声。例如：在涡流室式发动机中喷油嘴的喷油方向愈偏离涡流室中心而指向涡流下游，附着于燃烧室壁面的燃料就愈多，燃烧也愈平静；另外增加涡流室喷孔面积比也可减少噪声。

⑶调节喷油系

喷油率对燃烧噪声的影响非常大，试验表明，喷油率提高一倍，燃烧噪声就会增加6dB，因此用减少喷油泵供油率的方法来减少燃烧噪声，但应注意高速性能的恶化和增加怠速噪声的问题。

⑷提高废气再循环率和进气节流

提高废气再循环率可减小燃烧率，使发动机运转平稳，因此对降低燃烧噪声起到明显作用。

而进气节流可使气缸内的压力降低和着火时间推迟，因此进气节流不但能降低噪声，而且还能减少柴油机所特有的角速度波动和横向摆振。

⑸采用增压技术

柴油机增压后进入气缸的空气充量密度增加，使压缩终了时气缸内的温度和压力增高，改善了混合气的着火条件，使着火延迟期缩短。增压压力越高，着火延迟期越短，使压力升高率越小，从而降低燃烧噪声越多。试验证明，增压可使直喷式柴油机燃烧噪声降低2～3Db。

⑹提高压缩比

提高压缩比可提高压缩终了的温度和压力，使燃料着火的物理、化学准备阶段得以改善，从而缩短着火延迟期，降低压力升高率，降低燃烧噪声；但压缩比增大使气缸内压力增加，会让活塞敲击声增大，因此，提高压缩比不会使发动机的总噪声有很大的降低。

⑺改善燃油品质

燃油品质不同，喷入燃烧室后所进行着火前的物理、化学准备过程就不同，导致着火延迟时间不同。十六烷值高的燃料着火延迟较短，压力升高率低，燃烧过程柔和。故而，应采用十六烷值高的燃料。

除采取上述措施改进燃烧过程外，还应在燃烧激发力的辐射和传播途径上采取措施，增加发动机结构对燃烧噪声的衰减，尤其是对中、高频成分的衰减。具体的措施有：提高机体及缸套的刚性，采用隔振隔声措施，减少活塞、曲柄连杆机构各部分的间隙，增加油膜厚度，在保持功率的前提下采用较小的缸径，增加缸数或采用较大的S/D值，改变薄壁零件（如油底壳）的材料和附加阻尼。

§3 发动机的机械噪声

一．活塞敲击噪声及控制 活塞对气缸壁的敲击,通常是发动机最大的机械噪声源。敲击的强度主要取决于气缸的最高爆发压力之间的间隙。因此该噪声既和燃烧有关，又和发动机活塞的具体结构有关。

㈠活塞敲击噪声产生原因：活塞对缸壁的敲击，根本原因在于它们之间存在间隙且往复运动的活塞所承受的侧向力发生方向突变。如下图所示：

F

当作用在活塞上的气体压力、惯性力和摩擦力发生在周期性变化时，活塞在曲轴的旋转平面内将受到一个呈周期性变化的侧向力的作用，此力在上、下止点改变方向，从一侧向另一侧作横向运动，在上止点由右向左，在下止点方向相反。在发动机的高速运转时，活塞的这种横向运动的速度很高。由于活塞与缸壁这间有间隙，就形成了对缸壁的强烈冲击。

㈡影响活塞敲击噪声的因素：很多，如活塞间隙、活塞销孔的偏移、活塞高度、活塞环数、缸套厚度、润滑条件、发动机转速和气缸直径等。

㈢降低活塞敲击噪声的措施：根据影响其因素，常采用以下几点措施：

A．减小活塞与缸壁的间隙 减小间隙可以减小甚至消除活塞横向运动的位移量，减轻或避免活塞对缸壁的冲击碰撞，达到降噪目的。

B．活塞销孔中心偏 如上图b所示，将活塞销孔的位置向左偏离活塞中心线。在压缩行程终了时，活塞靠在气缸的右侧壁，由于中心左偏量i的存在，在压力F的作用下，活塞绕活塞销旋转，使裙部下端先靠到左侧缸壁上，进而再以左下端点为支点，绕其旋转并逐渐全部靠向左侧。这样，活塞向左的横向运动方式由原来的整体冲击变为平滑的过渡，从而起到显著的降噪作用。

C．增加活塞表面的振动阻尼 在活塞裙部表面覆盖一层可塑性材料，增加振动阻尼，从而缓冲和吸收活塞敲击的能量，降低活塞高击噪声。

二．配气机构噪声及控制

发动机配气机构也是重要的机械噪声源。

由于配气机构的零件多、刚性差，易于激发振动和噪声。凸轮和挺杆间的摩擦振动、气门的不规则运动、摇臂撞击气杆尾部以及气门落座时的冲击等均会发出噪声。

㈠产生噪声的原因：

A． 发动机低转速时，气门机构的惯性力不高，可将其视为多刚体系统，噪声主要源于刚体间的摩擦和碰撞。大的噪声出现在凸轮顶部上推从动杆的时刻，在气门开启和关闭时刻附近亦