浅谈发动机的噪声问题与控制措施

史剑峰

【摘 要】发动机噪声问题是引起噪声污染的重要问题，如何降低发动机的噪声是一个重要的课题。本文就发动机的噪声问题分析了其噪声源，介绍了其噪声识别技术，并对发动机噪声的主要控制措施进行了总结。

【关键词】发动机；噪声源；噪声控制

噪声污染是当今社会的一大环境污染。车辆的发动机作为重要的噪声污染源之一，已经越来越受到研究工作者的重视。降低发动机的噪声水平已经成为一项重要课题。国家制定了相应的发动机噪声限值标准，严格的治理发动机的噪声污染问题。要降低发动机的噪声，就必需研究发动机噪声的产生机理和影响因素，识别噪声源，找到对应的降噪措施。为此，本文介绍了发动机的噪声源和识别技术，以及总结了主要的噪声控制措施。

1 发动机的噪声源分析

发动机的噪声是有多种噪声源发出的噪声组合而成。主要噪声源大致可分为气体动力噪声、燃烧噪声和结构动力噪声。其中气体动力噪声直接辐射，燃烧噪声和结构动力噪声由发动机表面辐射。

1.1 气体动力噪声

气体动力噪声主要分为进气、排气和风扇噪声。其中，排气噪声一般是最大的噪声源。排气噪声按产生机理包括基频噪声、气柱共振噪声、喷注噪声、紊流噪声、涡流噪声、赫姆霍兹共振噪声等。影响排气噪声的主要因素包括转速、负荷、排气管等。

风扇噪声在风冷发动机中可能成为主要的噪声源。风扇噪声由旋转噪声和涡流噪声组成。旋转噪声由风扇叶片切割空气流产生周期性扰动而引起。涡流噪声是气流在叶片上分离时由于气体粘性便滑脱或分裂成游涡流而辐射的一种非稳定流动噪声。风扇噪声的影响因素有风扇的运转参数、结构参数和冷却系统等。

1.2 燃烧噪声

燃烧噪声是缸内混合气燃烧产生的气体力直接激振发动机结构产生的噪声。燃烧噪声的产生机理正逐步被明确。燃烧噪声的产生表现在三方面：一是，由气缸内气体压力急剧变化引起动力载荷，瞬间激励使得各传声零件自振振动，向外发射中高频噪声；二是，由气缸内气体点火燃烧的冲击波在气缸内多次反射引起气体的高频振动，其频率为气缸内气体的自振频率，向外辐射高频噪声；三是，由气缸内气体压力平稳变化引起的载荷，激励起连接部件的强迫振动，向外辐射噪声。

燃烧噪声经过与之接触的零件最终通过机体表面辐射出来。因此，它受其传声零件本身的振动传递特性的影响很大，部分噪声成分会受到制约而大大衰减。燃烧噪声实际辐射出的低频段较少，主要为高频段。

1.3 结构动力噪声

结构动力噪声是指运动零件摩擦撞击而激发的噪声和由于机械作用力激发零件固有振动而产生的噪声。结构动力噪声与转速有密切的关系，当发动机高速运转时往往成为主要的噪声源。结构动力噪声主要包括活塞敲击噪声、齿轮噪声、配气机构噪声、喷油泵噪声、机体和零部件振动噪声。通常活塞对气缸壁的敲击是发动机最大的结构动力噪声源。齿轮噪声主要由齿轮啮合噪声和齿轮固有振动噪声组成。配气机构噪声在发动机高速运转中一般有较高的比重。喷油泵噪声与喷油泵的结构、转速，泵内燃油压力和供油量有很密切的关系。另外，机体和零部件振动所辐射的噪声也是一个重要的噪声源。

2 发动机噪声源识别技术

噪声源的识别同样也是一个重要的发动机噪声研究内容。通过噪声源识别技术分析发动机噪声的来源及频谱组成，以便找到有效的控制措施来降低发动机的噪声。噪声识别技术由测量技术和信息分析技术构成。噪声识别的方法较多，包括近场声压法、封闭法、表面振动法、近场测量法、分别云转法、声全息法、声腔测量法、神经网络法、信号处理法等。噪声测量的仪器有声级计、频谱分析仪器、声级记录仪、数据采集仪器等。

3 发动机的噪声控制措施

3.1 噪声控制的基本途径

噪声产生污染必需包括声源、传声途径和受主三个要素。因此，控制噪声也应从这三个方面入手。发动机的噪声控制主要针对噪声源和传播途径。

3.2 对主要噪声源的控制

在对发动机噪声识别后可以找到对整机噪声贡献较大的一些噪声源，有针对性的采取降噪措施。如气体动力噪声中的排气噪声通常可用排气消声器进行降噪。合理选用和设计消声器，使得排气噪声处于比较次要地位即可。风扇噪声可以通过适当控制风扇转速、改变风扇叶片的形状和材质来降低噪声。对于燃烧噪声，可以改变其发火特性使燃烧进程变得平缓，以及选择合理的燃烧室结构，能取得较好的降噪效果。对于结构动力噪声中的齿轮噪声，可以通过提高齿轮的加工精度、改变齿轮材质、齿轮的啮合方式和提高齿轮室盖刚度来达到降噪的目的。适当减少活塞与气缸间的间隙、将活塞销孔偏置可降低活塞敲击噪声。

3.3 噪声传递及辐射控制

噪声从噪声源发出经过各个部件传递，最终通过表面辐射出来。有些零部件如油箱和油底壳、进气歧管等可通过弹性联接来控制噪声。有些零部件如气缸盖罩和齿轮室盖可采用双层结构来屏蔽一部分噪声。机体可以增加壁厚或局部加肋、选择合理的结构形式和造型来减小噪声的辐射。表面盖板和罩壳等可以涂以阻尼材料或采用复合材料来降噪。

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[责任编辑：王楠]