发动机噪声简述

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常规动力汽车的噪声主要包括以下几部分：底盘噪声、发动机噪声、车身系统噪声和电气系统噪声等。其中，发动机噪声是主要噪声源，按其噪声产生的性质，可分为燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声。下面将分别进行简单介绍。

一、燃烧噪声

燃烧噪声是由于气缸内周期变化的气体压力的作用而产生的。它主要取决于燃烧的方式和燃烧的速度。主要的知识点有以下几个：

1、在汽油机中，如果发生爆燃和表面点火等不正常燃烧时，将产生较大的燃烧噪声。柴油机的燃烧噪声是由于燃烧室内气压急剧上升，致使发动机各部件振动而引起的噪声。一般来说，柴油机噪声比汽油机的噪声大得多；

2、燃烧过程激发噪声主要集中在速燃期，其次是缓燃期。在速燃期内，平均压力增长率是燃烧噪声的主要衡量指标；

3、由噪声频谱对比可知，增压柴油机的噪声要低于非增压柴油机的噪声；

4、燃烧噪声与发动机的燃烧过程有直接的关系。然而燃烧过程的控制是一个复杂的问题，其与燃料的性质、压缩比、供油系统参数（如供油提前角、喷油孔直径和孔数及喷油压力）、发动机的结构型式（风冷、水冷）、燃烧室的形状、发动机的进气状态等各种因素均相关。

在汽车发动机中，燃烧噪声在总噪声中占有很大比例，研究如何降低其燃烧噪声具有特别重要的意义。所研究出的降噪措施主要有：采用隔热活塞、提高压缩比和应用废气再循环技术、采用双弹簧喷油阀预喷、采用增压、合理选择和设计燃烧室等。

对于直喷式燃烧室，可以通过合理设计，使其在保证足够的涡流下具有高紊动能，强化燃料与空气之间的扩散，以此来改善燃烧过程，实现柴油机低油耗、低噪声和低排放。

二、机械噪声

机械噪声是发动机运转过程中，各运动零部件受气体压力和运动惯性力的周期变化所引起的振动或相互冲击而产生的。主要有活塞-曲柄连杆机构噪声、配气机构噪声、传动齿轮噪声和不平衡惯性力引起的机体惯动及噪声。

1、活塞-曲柄连杆机构噪声：为了维持正常运动，该机构的各零件之间都留有一定的间隙。在周期性变化的力作用下，必然会由于振动和相互冲击而产生噪声，其中又以活塞撞击气缸的敲击噪声最大。发动机运转时，活塞在上、下止点附近受侧向力作用产生一个由一侧向另一侧的横向移动，从而形成活塞对缸壁的强烈敲击，产生了活塞敲击噪声。此外，活塞对缸壁的敲击还会引起缸壁的高频自振和缸套穴蚀；

2、配气机构噪声：四冲程发动机采用气门-凸轮配气机构，零件多、刚度差；凸轮和挺柱间的摩擦振动；气门的不规则运动、开启和关闭；摇臂撞击气门尾部以及气门落座时的冲击等均发出噪声；

3、传动齿轮噪声：传动齿轮的噪声是齿轮啮合过程中齿与齿之间的撞击和摩擦产生的。齿轮的各种误差，以及由于齿轮承载着交变的动负荷，这种动负荷会使轴产生变形，并通过轴在轴承上引起动负荷，轴承的动负荷又传给发动机壳体和齿轮室壳体，使壳体激发出噪声。此外，曲轴的扭转振动也会破坏齿轮的正常啮合而激发出噪声。传动齿轮噪声与齿轮的设计参数和结构型式、加工精度、齿轮材料配对、齿轮室结构以及运转状态有关；

4、不平衡惯性力引起的机体惯动及噪声：活塞-曲柄连杆机构在运转过程中将产生往复运动惯性力和离心惯性力，前者又是一阶、二阶和更高阶惯性力的总和。离心惯性力虽然大小不变，但自身的方向随曲轴位置而定，发动机运转过程中这些周期性变化的力将通过曲轴主轴颈传给机体，引起振动噪声。

三、空气动力噪声

由于气体扰动以及气体和其他物体相互作用而产生的噪声称为空气动力噪声，在发动机中，它包括进气噪声、排气噪声和风扇噪声。

1.进气噪声：发动机工作时，高速气流经空气滤清器、进气管、气门进入气缸、在此气流流动过程中会产生一种强烈的空气动力噪声，有时比发动机本身噪声高出5dB左右，成为仅次于排气噪声的主要噪声源。该噪声随着发动机转速的提高而增强，与负荷的变化无关，其成分主要包括：周期性压力脉动噪声、涡流噪声、气缸的玄姆霍兹共振噪声和进气管的气柱共振噪声。

(1)、周期性压力脉动噪声：新鲜空气进入进气管后，在气门的开闭过程中，发生周期性压力脉动，产生压力脉动噪声。主要频率成分为：

f=ni/60t(Hz)

其中，n为发动机转速(rpm)、i为气缸数、t为冲程系数（四冲程为2，二冲程为1）。该噪声常为低频噪声，一般在300Hz以下出现峰值。

(2)、涡流噪声：高速气流进入气缸时，由于在气流通道内有气门、气门导管、进气管内的毛刺等障碍物，气流受阻而形成涡流，产生涡流噪声。

(3)、气缸的玄姆霍兹共振噪声：可将气缸看成是是一个玄姆霍兹共振腔，其一端封闭。其共振来源于气缸内气体压力波的激发，共振频率的大小与发动机转速无关，只取决于气缸容积、进气管长度和直径。当气缸内的气体压力脉动的击发频率等于计算出的发动机的各阶玄姆霍兹共振频率时，气缸内将发生玄姆霍兹共振，此时的辐射声能最大。

(4)、进气管的气柱共振噪声：进气门关闭时，进气管变成了一端封闭一端开口的等截面管，构成了一个气柱共振系统。在管道内的气体介质，由于具有连续分布的质量和可压缩性，而易发生气柱的振动。当声源的激振频率与气柱的某阶固有频率接近时，气柱便发生对应该频率的共振，从而辐射出噪声。气柱振动的固有频率为：

f=(2i-1)*c/4l(Hz)

其中，i为谐波次数、c为空气中的声速、l为进气管长度。凡管长等于1/4波长奇数倍的频率下，都将发生小振幅波的共振。管道越长，共振频率越低，阻尼越大。

2.排气噪声：是汽车及发动机中能量最大的噪声源，它的噪声往往比发动机整机噪声高10dB～15dB。

排气噪声主要在排气开始时，废气以脉冲形式从排气门缝隙排出，并迅速从排气口冲入大气，形成能量很高、频率很复杂的噪声，其基频是发动机的发火频率。整个排气噪声频谱呈现基频及其高次谐波的延伸，能力主要集中在基频及其倍频的频率范围内。

除基频噪声及其高次谐波噪声外，排气噪声还包括排气总管和排气歧管中存在的气柱共振噪声、气门杆背部的涡流噪声、排气系统管道内壁面的紊流噪声、废气喷射和冲击噪声。

3.风扇噪声：在风冷发动机中，是重要的噪声源，一般小于进排气噪声。主要是空气动力噪声，由旋转噪声和涡流声所组成。旋转噪声是由于旋转叶片周期性扰动空气、引起空气压力脉动发出的噪声，基频为：

f=nz/60(Hz)

其中，n为发动机转速、z为风扇叶片数。

涡流噪声是由于风扇旋转时使周围的空气产生涡流，这些涡流由于粘滞力的作用又分裂成一系列小涡流。分裂时使得空气发生扰动，形成压力波动，发出噪声。涡流噪声一般是宽频带噪声。主要峰值频率为：

f=KV/d

其中，K为常数，一般取0.15~0.22之间；V为风扇圆周线速度(m/s)；d为叶片在气流入射方向上的厚度(m)。

当该涡流引起的振动频率与叶片的固有频率接近时会产生共振，增加噪声。

影响风扇噪声的主要因素有：风扇的转速（风扇的转速越高，直径越大，风扇的扇风量就越大，其噪声也越高）、风扇的效率（风扇的效率越低，消耗功率越大，风扇噪声越大）、风扇叶片形状（直接影响叶片附近的涡流强度，从而影响风扇效率）等。