發動機噪聲是發動機工作時產生的聲強很大的聲音，直接從發動機機體及其主要附屬檔案向空間傳出的聲音，都屬於發動機噪聲。發動機噪聲隨機型、轉速、負荷及運行情況等的不同而有差異，如在轉速相同的條件下，柴油機的噪聲要比汽油機高。
基本介紹
- 中文名：發動機噪音
- 外文名：engine noise
- 涉及範圍：航空、工業
簡述,發動機噪聲分類,燃燒噪聲,機械噪聲,空氣動力噪聲,發動機噪聲強度,消除措施,
簡述
噪聲是工業社會帶來的副產品，它與大氣污染和水污染一起被認為是當今世界三大公害。與其他兩個公害相比，噪聲的影響面最廣，感覺最直接，人們反映也最多。汽車作為一種主要的交通工具日益普及和增長，因而汽車噪聲所造成的環境污染也日益嚴重。汽車噪聲中由於發動機產生的噪聲占很大一部分，發動機工作時產生的聲強很大的聲音，其聲強和聲頻呈不規律的變化。強烈的噪聲影響人們的休息和工作，長時間的噪聲環境會使聽力減弱，甚至失聽。噪聲還能引起飛行器結構的疲勞破壞和儀器設備失效。
發動機噪聲分類
按噪聲產生的性質，發動機噪聲可分為燃燒噪聲、機械噪聲和空氣動力噪聲。下面主要介紹各種噪聲產生的成因以及一些具體的降噪措施。
燃燒噪聲
燃燒噪聲是由於氣缸內周期變化的氣體壓力的作用而產生的。它主要取決於燃燒的方式和燃燒的速度。在汽油機中，如果發生爆燃和表麵點火等不正常燃燒時，將產生較大的燃燒噪聲。柴油機的燃燒噪聲是由於燃燒室內氣壓急劇上升，致使發動機各部件振動而引起的噪聲。一般來說，柴油機噪聲比汽油機的噪聲高得多，因此在這裡主要以柴油機為例來說明如何降低燃燒噪聲。
在汽車發動機中，燃燒噪聲在總噪聲中占有很大比例，研究如何降低其燃燒噪聲具有特別重要的意義。所研究出的降噪措施主要有：
(2)提高壓縮比和套用廢氣再循環技術也可降低柴油機的燃燒噪聲。但壓縮比主要決定了柴油機的機械負荷與熱負荷水平。廢氣再循環技術通過降低氣缸最高壓力，在抑制NOx產生的同時，也降低了燃燒噪聲。
(3)採用雙彈簧噴油閥實現預噴。即將原本打算一個循環一次噴完的燃油分兩次噴。第一次先噴入其中的小部分，提前在主噴之前就開始進行著火的預反應，這樣可減少滯燃期內積聚的可燃混合氣數量。這是降低直噴式柴油機燃燒噪聲的最有效措施。通過降低雙彈簧噴油器初次開啟壓力和針閥的預升程來抑制空氣和燃料混合氣的形成，以此對怠速工況的燃燒噪聲產生影響。通過設計兩段升程裝置，採用引燃噴射裝置在較大的轉速範圍及加速情況下來抑制燃燒噪聲。
(4)共軌噴油系統是一種很有前途的直噴式轎車柴油機電子控制高壓燃油噴射系統，它能減少滯燃期內噴入的燃油量，特別有利於降低燃燒噪聲。
(5)採用增壓。柴油機增壓後進入氣缸的空氣充量密度、溫度和壓力增加，從而改善了混合氣的著火條件，使著火延遲期縮短。雖然增壓柴油機最大爆發壓力有所增加，但其壓力增長率dp/dφ和壓力升高比λ卻變小，使柴油機運轉平穩，噪聲降低。此外，一般來說，渦輪增壓柴油機最大額定功率的轉速要比同樣氣缸尺寸的非增壓柴油機低，有利於降低燃燒噪聲。增壓空氣中間冷卻後，空氣溫度降低，充氣效率得以提高，但同時也削弱了增壓對降低燃燒噪聲的作用。
(6)燃燒室的選擇和設計。對於分開式燃燒室，精確的噴油通道、擴大通道面積、控制噴射方向和預燃室進氣渦流半徑的最佳化，均能抑制預混合燃燒，促進擴散燃燒，從而降低由低負荷到高負荷較寬範圍的燃燒噪聲、燃油消耗和碳煙排放。
對於直噴式燃燒室，可以通過合理設計，使其在保證足夠的渦流下具有高紊動能，強化燃料與空氣之間的擴散，以此來改善燃燒過程，實現柴油機低油耗、低噪聲和低排放。
機械噪聲
機械噪聲是由於運動件之間以及運動件與固定件之間周期性變化的機械運動而產生的，它與激發力的大小、運動件的結構等因素有關。主要有活塞敲擊噪聲和氣門機械噪聲。
發動機運轉時，活塞在上、下止點附近受側向力作用產生一個由一側向另一側的橫向移動，從而形成活塞對缸壁的強烈敲擊，產生了活塞敲擊噪聲。產生敲擊的主要原因是活塞與氣缸套之間存在間隙，以及作用在活塞上的氣體壓力。
傳動齒輪的噪聲是齒輪嚙合過程中齒與齒之間的撞擊和摩擦產生的。在內燃機上，齒輪承載著交變的動負荷，這種動負荷會使軸產生變形，並通過軸在軸承上引起動負荷，軸承的動負荷又傳給發動機殼體和齒輪室殼體，使殼體激發出噪聲。此外，曲軸的扭轉振動也會破壞齒輪的正常嚙合而激發出噪聲。傳動齒輪噪聲與齒輪的設計參數和結構型式、加工精度、齒輪材料配對、齒輪室結構以及運轉狀態有關。
內燃機大都採用凸輪、氣門配氣機構，機構中包括凸輪軸、挺柱、推桿、搖臂、氣門等零件。配氣機構中零件多、剛度差，在運動中易於激起振動和噪聲，包括氣門和氣門座的撞擊，由氣門間隙引起的傳動撞擊，挺柱和凸輪工作面之間的摩擦振動，高速時氣門不規則運動引起的噪聲。配氣機構噪聲與氣門機構的型式、氣門間隙、氣門落座速度、材料、凸輪型線、凸輪和挺柱的潤滑狀態、內燃機的轉速等因素有關。
空氣動力噪聲
由於氣體擾動以及氣體和其他物體相互作用而產生的噪聲稱為空氣動力噪聲，在發動機中，它包括進氣噪聲、排氣噪聲和風扇噪聲。
1.進氣噪聲
發動機工作時，高速氣流經空氣濾清器、進氣管、氣門進入氣缸、在此氣流流動過程中會產生一種強烈的空氣動力噪聲，有時比發動機本身噪聲高出5 dB(A)左右，成為僅次於排氣噪聲的主要噪聲源。該噪聲隨著發動機轉速的提高而增強，與負荷的變化無關，其成分主要包括：周期性壓力脈動噪聲、渦流噪聲、氣缸的玄姆霍茲共振噪聲和進氣管的氣柱共振噪聲。
進氣噪聲的控制策略主要是：
(1)合理的設計和選用空氣濾清器。合理設計進氣管道和氣缸蓋進氣通道，減少進氣系統內壓力脈動的強度和氣門通道處的渦流強度。
(2)引進消聲措施。
2.排氣噪聲
排氣噪聲主要在排氣開始時，廢氣以脈衝形式從排氣門縫隙排出，並迅速從排氣口沖入大氣，形成能量很高、頻率很複雜的噪聲，包括基頻及其高次諧波的成分。該噪聲是汽車及發動機中能量最大最主要的噪聲源，它的噪聲往往比發動機整機噪聲高10dB(A)～15dB(A)。除基頻噪聲及其高次諧波噪聲外，排氣噪聲還包括排氣總管和排氣歧管中存在的氣柱共振噪聲、氣門桿背部的渦流噪聲、排氣系統管道內壁面的紊流噪聲等，此外，排氣噪聲還包括廢氣噴射和衝擊噪聲。排氣噪聲的控制策略主要是：
(1)從排氣系統的設計方面入手，如合理設計排氣管的長度與形狀，以避免氣流產生共振和減少渦流。
(2)廢氣渦輪增壓器的套用可降低排氣噪聲，但最有效的方法還是採用高消聲技術，使用低功率損耗和寬消聲頻率範圍的排氣消聲器。
3.風扇噪聲
風扇噪聲是發動機中不可忽視的噪聲源，尤其風冷發動機更為突出，在高速全負荷時甚至和進排氣噪聲不相上下。它主要是空氣動力噪聲，由旋轉噪聲和渦流聲所組成。旋轉噪聲是由旋轉葉片周期性地打擊空氣質點，引起空氣的壓力脈動所產生的。渦流噪聲是由於風扇旋轉時使周圍的空氣產生渦流，這些渦流又因粘滯力的作用分裂成一系列獨立的小渦流，這些渦流和渦流的分裂會使空氣發生擾動，形成壓力波動，從而激發出的噪聲，渦流噪聲一般是寬頻帶噪聲。
發動機的風扇噪聲在低速運轉時渦流噪聲占優勢，高速時旋轉噪聲占優勢，風扇的轉速越高，直徑越大，風扇的扇風量就越大，其噪聲也越高；風扇的效率越低，消耗功率越大，風扇噪聲越大。
發動機噪聲強度
噪聲的強度（聲壓級）用分貝表示，分貝數等於
。其中P為噪聲壓強，Pr為可聽最小聲壓。在距離聲源1～1.5米處，噴氣飛機發動機的噪聲約130～150分貝；火箭發動機的噪聲高達160分貝以上。
消除措施
消除發動機噪聲的主要措施有：
（1）減小壓氣機的級負荷,增大轉子和靜子間的軸向間隙，改變葉片數目、取消進口導流葉片，選擇適當的壓氣機轉速，可降低壓氣機噪聲。
（2）降低排氣速度以減小噴流噪聲，如在渦輪風扇發動機中增加流量比可降低排氣速度。
（3）套用波紋形和葉瓣式噴管增加噴流與外部氣流接觸面積，可減小噴流摻混噪聲。
（4）發動機管壁採用吸音襯墊結構。 在研究航空發動機噪聲中，可以將噪聲簡化的看成由單極子噪聲、偶極子噪聲和四極子噪聲所組成。其中單極子噪聲是由於質量變化及結構振動等因素引發的，多見於發動機進氣道及尾噴管等處，多發於低頻階段（由於該頻率段質量變化相對較慢）。偶極子噪聲是由於葉片對發動機流道中氣流的作用力而引起的噪聲，在發動機的風扇、壓氣機和渦輪上比較常見，在發動機全工作頻率段均能發出。四極子噪聲是由於發動機流道中氣流存在紊流和喘流等形態，邊界層發生分離時，分離的邊界層上作用的應力和張力等所產生的噪聲，四極子噪聲頻率高，能量高，波長短，所以傳播距離短。
綜上所述，影響汽車發動機噪聲的因素多種多樣，單靠採用某一種降噪方法很難大幅度地把噪聲降低下來，要降低汽車發動機噪聲，應從發動機噪聲的噪聲源、傳播途徑等方面入手，明確降噪的對象和目標，通過綜合考慮，採取各種技術手段，在一定程度上可有效地控制和降低燃燒噪聲、機械噪聲和空氣動力噪聲，達到降低汽車發動機噪聲的目的。
