活塞式内燃机汽车噪声控制技术研究

李立尧

摘要：随着我国经济的持续稳定增长，汽车的使用越来越普遍，但汽车的设计、制造、使用、维护等过程还存在不少问题。如汽车噪声不仅影响乘用人员的舒适度，也会对环境产生污染。活塞式内燃机作为现代常见的汽车种类之一，其噪声控制也成为相关行业发展中亟待解决的问题。本文就活塞式内燃机汽车噪声控制技术展开论述，阐述活塞式内燃机汽车噪声种类及特征、控制要求与评价，并提出活塞式内燃机汽车噪声控制方法，带动相关行业发展。

Abstract： With the sustained and stable growth of China's economy， the use of cars is becoming more and more common， but there are still many problems in the process of car design， manufacturing， use， maintenance and so on. For example， automobile noise not only affects the comfort of passengers， but also pollutes the environment. As one of the most common kinds of modern automobiles， the noise control of piston internal combustion engine has become an urgent problem to be solved in the development of related industries. In this paper， the noise control technology of piston-type internal-combustion engine vehicles is discussed， the noise types， characteristics， control requirements and evaluation of the piston-type internal-combustion engine vehicles are expounded， and the noise control method of the piston-type internal-combustion engine vehicles is proposed to drive the development of related industries.

关键词：活塞式内燃机汽车;噪声;控制

Key words： piston type internal combustion engine automobile;noise;control

中图分类号：U467.493                                  文献标识码：A                   ;               文章编号：1674-957X（2020）24-0021-02

1  活塞式内燃机汽车噪声种类及特征

活塞式内燃机汽车是一种新型的汽车，其凝聚了先进的生产技术，但在运行过程中产生了噪音，对行车者正常行车有很大影响。由于活塞式内燃机汽车结构的原因，其噪音的种类多样，其中包括以下几种噪声：第一，活塞式内燃机汽车在运行过程中内部燃料氧化或者能源转换时产生的噪声;第二，部分活塞式汽车设计不合理，主要为车体结构问题，部分汽车结构不合理，外观设计也不符合相应的设计标准，导致运行过程中各个构件之间产生摩擦，进而产生噪声;第三，汽车电器设备产生的各种噪音，如车载交/直流发电机噪声、起动机噪声、发动机冷却系电动风扇噪声等;第四，汽车运行过程中底盘产生的噪音，主要由于各个构件之间的相互作用，其中主要为传动噪声;此外，活塞式内燃机作为大多数汽车的动力来源，其本身发动过程中就会产生一定噪声，主要由于其本体噪声和进气噪声组成，噪声强度比较高。相关行业在汽车制造过程中要将降噪放到首位，减少内燃机的振动以及降低整车对振动的响应，从根本上降低噪音。最后，活塞式内燃机汽车长时间行驶过程中因速度变化不均匀容易产生胎噪，即轮胎与地面长时间摩擦引起的噪声，这种情况下空气被压缩在两者的空隙中，车辆行驶时只要轮胎离开地面就会产生类似气泵的噪声。

2  活塞式内燃机汽车噪声控制要求

欧盟是最早利用活塞式内燃机作汽车动力的国家，早在上个世纪七十年代，其就对汽车制造做出了明确的规定，其中规定客车的外部噪声不得高于七十一分贝;美国部分地区也对汽车制造过程中的噪声提出了明确的要求，其法规中提到小型汽车的噪声不得高于七十五分贝。本世纪初，我国汽车制造业取得了良好的发展，吸取其他国家的经验，进一步要求汽车噪声控制要求，并提出大客车的噪声必须低于八十二分贝，对于一些载货量不大的汽车，噪声不得超过八十三点五分贝。相比于欧盟以及美国，我国的汽车噪声控制技术方面还有待提升。

3  活塞式内燃机汽车噪声评价

控制噪聲的最好方法是科学评价后“对症下药”。目前来看，噪声评价方式主要有两种，即客观与主观评价法。从主观评价角度来看，评价主要从汽车舒适性、响度、运行情况等方面测评，主要测评方式为语义微分法。从客观评价的角度来看，应用的装置主要为PCNM噪声测量装置，将其置于车身内部和外部，通过该设备显示的数据分析汽车噪声，进而进行科学的评价。在此过程中，引入边界元法和有限元法也能更加科学地评价噪声。

4  活塞式内燃机汽车噪声控制技术

要想进一步优化活塞式内燃机汽车噪声控制方法，就必须找到引起噪声的原因，对症下药。本文重点探究活塞式内燃机汽车噪声控制技术，并针对不同技术提出具体的优化方案。客观来讲，从噪声的源头控制噪声能够达到事半功倍的效果，主要方法为增加隔音措施阻断噪声传播路径或者更换构件减少设备之间的摩擦等。总体来看，从噪声源头进行控制才能从根本上消除噪声，这也是最为有效的噪声控制方法，具体措施有两点，第一，优化汽车结构，主要从振源进行优化;第二，从声源出来，优化内燃机结构，减少内燃机自身的噪声。对于部分不可控制的噪音，可以转变控制思路，采用隔音、吸声等措施，极大程度上降低噪音，以下从五个方面展开论述：

4.1 内燃机本体振动噪声控制

活塞式内燃机作为一种动力源泉，其在运行过程中本体会产生一定噪音。目前来看，汽车噪声控制的主要任务为内燃机噪声控制。从内燃机工作情况来看，其主要依靠燃料实现能源转化，进而维持机器正常运作。深度剖析其工作原理，其主要为化学能向电能转化，在电力的推动下产生活塞连杆运动，进而带动机械齿轮运作，这种情况下会产生噪音，加之部分配气结构敲击等机械运动均会产生噪声。

4.1.1 发动机噪声控制

现阶段汽车制造过程中要加强对内燃机本体噪声的控制，这种情况下要从噪声的产生路径来控制，进一步降低噪声，主要从两个方向入手：

第一，改进振源。

目前来看，振源改进为降低噪音的有效方法，这种情况下可采取有限元法进行控制，该方法能够比较准确地计算出燃料燃烧产生的热能，根据系统参数变化改变能源供给方式，使内燃机燃料燃烧工作过程更加柔和，实现能源的高效控制，避免内燃机本体产生噪音。其次，振源控制还可以以提高油底壳等部件的刚度为准，为了达到更好的振控效果，可架设加强筋，这种情况下能够避免内燃机内部零件运行过程中在强压力的作用下产生变形。此外，振源控制还可从减小活塞式内燃机气缸本体和汽缸盖之间的间隙入手，可以通过紧配合或过盈配合的手段实现，从根本上降低噪声的激振力。

第二，改进声源。

改进声源也是降低内燃机噪音的有效方法，改进声源的方式有很多，一般方式为在噪声产生源上铺设隔音材料，常用的隔音材料为阻尼材料，该材料能够分散噪音，使声源与缸体结合成一体，进而实现动能向热能的转化，从根本上降低振动产生的能量。因结构不同，阻尼材料也有多种类型，依据阻尼结构分为自由阻尼层、约束阻尼层、间隔阻尼层、间隔自由阻尼等多种结构。相比于传统阻尼结构，采用结构型阻尼材料的降噪效果更为明显，能够明显地减少气缸各个零件共振的幅度。此外，从时间这个角度来看，声源改进过程中应用阻尼结构能够缩短气缸的振动周期，能够从根本上降低噪声。

4.1.2 进气噪声控制

进气噪声也是内燃机本体常见噪声之一，该噪声主要由空气引起，进入内燃机的空气受汽车内部运行的影响产生动力，进而出现噪声。活塞式内燃机运行需要借助空气，考虑到活塞式内燃机所需的空气量随转速提升不断增大，故可以判断活塞式内燃机进气噪声大小与内燃机本体工作过程中的转速有极大关系，且转速越大，噪声越大。常见的进气噪声有涡流噪声、周期性脉动压力噪声、气缸的共振噪声等，针对这些噪声的控制，可以使用消声器控制。消声器种类也有很多，在实际应用过程中要根据噪声的特征选择合适的控制方式。

4.2 内燃机汽车底盘噪声控制

活塞式内燃机汽车运行过程中底盘的噪声也非常大，从其声源来看，主要为排气噪声引起，其主要由于气流经过气门座产生，这个情况下产生的噪声种类很多，包括涡流噪声、排气压力的脉冲噪声等。调查发现，针对这部分噪声，采取边界元法或者有限元法都能有效控制噪声，但现阶段我国在这两种方法应用方面还不是很成熟，很多技术有待完善。从另一个角度来看，减少活塞式汽车自身运行过程中产生的噪声或者其车身与消声器之间的耦合作用能够减弱噪声，这种情况就要进一步提升车的动力性，降低排气背压为一种行之有效的方法。在此过程中汽车设计人員要根据实际情况设计排气管，还要适当增加其直径，使气体顺利排出。研究发现，改变消声器连接方式，即采用并连式连接方式能够提升汽车的动力性，这种情况下也能从一定程度上降低气流的噪声。此外，由排气振动产生的噪声，可以转化活塞式内燃机连接方式，采用软管连接活塞式内燃机和消声器，能够降低排气噪声。

4.3 内燃机汽车电器噪声控制

4.3.1 冷却风扇噪声

活塞式内燃机汽车底盘赋有冷却风扇，该风扇主要功能为降低汽车运行过程中的热能，冷却风扇在运行过程中会产生噪音，同时还受散热器结构的影响，噪声加大。对于这种情况，汽车制造人员在制造过程中要优化底盘设计，可适当增强风扇的制冷功能，避免因内燃机转动太快导致热能累积产生更大的噪声。与此同时，设计人员还可以改变护风圈形状，加快热能散发速度，从而降低噪声。

4.3.2 汽车发电机噪声

发电机是汽车的重要组成部分，在新的时代背景下，汽车制造人员要研究发动机的作用特征，找到噪声的来源。发电机在工作过程中受磁体、机械因素等影响会产生噪声。这种情况下应该从发电机制造工艺、装配精度、通风系统等方面进行改造。

4.4 内燃机汽车车身噪声控制

受汽车行驶速度的影响，车身与空气摩擦会产生噪声，且运行速度越快，噪声越大。相关学者测试了汽车速度与空气摩擦系数，发现两者非线性关系，但呈正相关关系。从科学的角度来讲，车身噪声产生的主要因素为空气动力噪声。这种情况下要想减弱噪声就必须优化汽车元件配置，选择优质的弹性元件，避免车身与其他构件之间产生摩擦，降低车辆行驶过程中各个构件之间摩擦产生的噪声。与此同时，相关人员还要优化车身外观设计，采用流线型设计，减少车身与空气之间的摩擦力。此外，汽车车胎在一定条件下也会产生噪声，在行驶过程中尤为明显，这与车胎表面的花纹和材质有关，要想降低车胎噪声就必须优化轮胎花纹设计，更换材料。

4.5 内燃机汽车其他噪声控制

活塞式内燃机汽车还有其他噪声，对于不同的噪声，需要具体分析。目前来看，更换零件、筛选合理的噪声控制技术均为有效方法，但这种方法也比较被动。除了这种控制方法外，相关人员还可从振动波的视角看待噪声，利用波的叠加原理，人为地产生与噪声幅度和频率相同，但相位相反的抵消声波，从根本上降低噪声。

5  结束语

活塞式内燃机汽车噪声严重时会影响驾乘人员的健康，甚至影响到行车安全，还会缩短车辆的更新周期。噪声的产生是个综合性的问题，发动机噪声是主要因素，传动机构、车身、电器设备等都会产生噪声，因此，要从设计、制造、使用、维护等全方位提升技术和规范，不断降低噪声的来源，努力提高生活质量和环境质量。

参考文献：

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