发动机排气系统降噪及尾气污染防治

许二丰

摘 要：随着国家经济的快速发展，人们的生活水平不断提高，私家车越来越多，汽车发动机的尾气排放污染问题以及发动机排气系统降噪，是各界非常重视的。本文以发动机排气系统噪声、发动机设备噪声现象的解决处置方法、发动机污染防治方法进行分析。

关键词：发动机;排气系统;降噪;污染防治

0 引言

随着汽车对NVH要求不断提高，人们不断探索提升汽车声音品质的方法。无论采用什么样的方法，直接减小噪声源还是最直接、最有效。发动机是汽车动力的来源，同时发动机的振动和噪声也是整车NVH问题的来源之一，提升发动机的声音水平能够使整车噪声水平得到一定改善。为响应国家蓝天保卫战的战略，政府部门及各车企已越来越重视尾气污染防治。

1 发动机排气系统噪声

按照发动机表面噪声产生机理，发动机噪声有燃烧噪声和机械噪声2种，它们是发动机内部燃烧和结构机械运动产生的噪声。按照噪声辐射的方式不同，发动机噪声又可以分为直接大气辐射和发动机表面向外辐射2种，发动机的排气噪声属于直接大气辐射噪声。发动机的排气噪声主要包括冲击噪声、辐射噪声和尾管噪声。当发动机排气阀开启后，废气以很高的速度从气缸内进入排气歧管，冲击排气管路及部件产生噪声，并通过排气管向外辐射出来，最终以空气噪声和气流摩擦声从排气尾管传出。除排气系统内部噪声外，发动机排气隔热罩、消声器等具有薄壁结构零件是表面辐射噪声的来源，它们表面平且大，强度较低，容易将排气管内气流噪声向外辐射出来。整个排气过程是一个气流复杂且不稳定的过程，每个气缸之间存在气流的相互影响，使得排气噪声的研究变得更加复杂。由于每个气缸排气行程是周期性的，发动机排气噪声的基频与发动机点火频率相关。发动机排气噪声基频与发动机转速有关，发动机转速越高噪声基频也就越高。除了基频成分，排气噪声还有频率为基频整数倍的高次谐波，但随着阶次增加，噪声降低。此外，发动机排气噪声的大小，与发动机功率，排量，转速，平均有效压力以及排气口形状、尺寸等因素有直接关系。

2 发动机排气噪声的特性

2.1 基频排气噪声

在排气门周期性开启时，燃烧后的废气会高速排出，刚排出的废气会对排气门附近已排出的废气产生冲击，致使被冲击气体的压力迅速变化，从而发出低频噪声。这部分噪声为低频噪声，且带有周期性，它的影响会因频率的变大而逐渐减弱。

2.2 气柱共振噪声

排气门的周期性开启会导致多个气流柱残留在排气管内。在排氣管内，这些气柱会发生共振，从而发出气柱共振噪声。其中排气系统的结构尺寸、基频噪声以及废气的流速对这一部分噪声的影响较大。当基频噪声与该噪声的频率达到一致时，气柱共振噪声的影响会变得很强。

2.3 排气歧管的噪声

目前汽车上使用的发动机多为多缸发动机，因此，同一时刻，各缸的工作行程不同，导致排气门的开启时刻也不同，当其中某个排气门开启排出废气时，气体虽然会向排气总管流动，但势必也会有一些气体向别的排气门的附近流动，且气体的流速会因曲轴的转动而发生变化，从而带来带有周期性的涡流，歧管内的气体会因涡流作用而产生高频噪声。

2.4 赫姆霍兹噪声

在发动机运转并且排气门开启时，排气管和气缸会组成一个共振体，它与赫姆霍兹共振器相似，因此会发出赫姆霍兹共振噪声。发动机的频率对这部分声影响较大。这部分噪声在单缸机上的影响较大，而在多缸机上，要比其它噪声的影响小。

3 发动机排气噪声的控制

降低噪声的方法一般有两种，一种方法是从声源上调整控制，以降低源头的噪声强度;另一种方法是在噪声的传播途径上加以控制，在噪声扩撒的过程中，减弱噪声的强度。对于发动机来说，控制发动机的排气噪声也是一样的，其一是调整发动机发出的噪声，其二就是在排气系统中使用消声器，在噪声的传播过程中加以控制。

3.1 调整控制噪声声源

发动机是汽车的心脏，动力的来源，要想提高汽车的动力性，一个有效的途径就是提高发动机的工作能力，这样一来，势必会增大发动机的噪声。发动机的结构发杂，零部件较多，调整控制排气噪声声源也就是调整控制发动机的结构，这样一来，不但发动机自身的性能会受到影响，与发动机相关的各部件也会受到一定的影响，从而产生连锁反应。因此调整控制噪声声源虽然有效，但技术要求很高。

3.2 使用汽车排气消声器

在发动机排气系统上安装使用消声器，虽然会提升汽车整车的成本，也会占用汽车的一部分空间，但却可以在保证对发动机以及与发动机相关的各部件的设计和性能影响较小的情况下，衰减发动机的排气噪声，因此，目前在排气系统中加装消声器是控制发动机排气噪声的最有效的途径。

4 发动机污染防治方法

4.1 控制汽车数量，限制行驶

在现代的道路上也可以看出，汽车的数量不断增多，在一些早高峰或者晚高峰时候，会出现道路的大面积堵车现象，而且，相关部门也越来越检测到，汽车尾气对环境的影响加剧，空气之中的有害物质已经不断增多。针对汽车数量所带来的问题，要想减少汽车发动机排气，首先措施可以从污染的来源入手，控制汽车的行驶数量，减少发动机工作的数目，从而降低排气污染物的水平。在许多的城市之中，已经采取不同的措施进行行驶汽车的限制，有的大型城市通过车牌限制，部分车牌不得进入城市的市区之中，有的城市则颁布了单双号限行，根据车主的车牌号码，与日期的奇数、偶数相结合，满足要求的车辆才可以出行，不符合要求车辆出行将会采取处罚的措施，值得指出的是，有的城市领导干部以身作则，主动乘坐公共交通工具，减少公务用车，为市民出行做好了榜样的作用。

5 结语

在构建和谐社会与现代社会的过程之中，环境与资源问题已经逐渐成为重视的问题之一，汽车发动机排气污染程度的降低以及对耗油的减少，可以有效降低其污染物的产生，为建设环境友好型与资源节约型社会做出贡献，为后代谋福祉。当前社会人们对生活品质要求越来越高，已不仅仅追求动力性和经济性，NVH舒适性已逐渐被大众重视，提升NVH性能越来越会被各车企重视。

参考文献：

[1]王洋.基于经济环保视角下论汽车节能减排的措施[J].福建质量管理，2019（03）：59.

[2]杨华.浅谈节油与减少排气污染[J].黑龙江交通科技，2018（09）：83，85.