浅析活塞式内燃机汽车噪声控制技术

梁娜

摘要：进入新时期后，人们收入水平的提高，加快了我国汽车市场的发展速度。同时，人们对汽车的舒适性也提出了更高的要求。过大的噪声下，不仅威胁到行车安全，也会带来严重的噪音污染。针对这种情况，就需要结合活塞式内燃机汽车的噪声来源，采取针对性的控制技术，促使汽车的噪声得到有效降低。

Abstract： After entering the new period， the improvement of people's income level has accelerated the development speed of China's automobile market. At the same time， people also put forward higher requirements for the comfort of cars. Too much noise not only threatens the safety of driving， but also brings serious noise pollution. In view of this situation， it is necessary to combine the noise source of piston-type internal combustion engine vehicle and adopt targeted control technology to promote the noise reduction of the vehicle effectively.

关键词：活塞式内燃机;汽车噪声;控制技术

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

中图分类号：U461.4;U467.493                       文献标识码：A                                     文章编号：1674-957X（2020）20-0049-02

0  引言

通過噪声控制技术的应用，能够促使车辆乘坐舒适性得到提高，环境污染问题也可得到一定程度的防治。近些年来，汽车噪声控制受到了全社会充分的重视。相关人员要对活塞式内燃机汽车噪声来源全面总结，采取科学的控制技术，促使活塞式内燃机汽车的噪声与国家规定标准所符合，提高汽车的整体舒适度和环保性。

1  活塞式内燃机汽车噪声的种类和来源

通过分析活塞式内燃机汽车的结构类型，可以从内燃机噪声、车身噪声、电器设备噪声以及底盘噪声等四个方面来总结主要的噪声来源。这些噪声来源中，内燃机噪声具有最大的声强。因此，要想对活塞式内燃机汽车噪声进行有效控制，最为根本的路径是降低内燃机的噪声。

2  活塞式内燃机噪声的分类

调查发现，活塞式内燃机存在着较多的激励源。结合激励源的不同，可从机械噪声、燃烧噪声以及空气动力噪声三个方面进行分析。

首先，机械噪声。活塞式内燃机运行过程中，运动件、固定件会出现互相撞击现象，再加上构件振动、附件运转等因素的综合作用，导致机械噪声的产生。其次，燃烧噪声。燃烧会突然改变气缸内的气体压力，再加上火焰传播特性的影响，导致有冲击波来回冲击气缸。之后经过经气缸振动向内燃机表面传播和发射。最后，空气动力噪声。本种噪声又可以划分为多种类型。第一，进气噪声。开启、闭合进气门的过程中，会改变进气管压力，形成进气噪声。第二，排气噪声。内燃机噪声源中排气噪声占据的比例较多，其主要在超临界的自由排气期间内形成。第三，风扇噪声。叶片在对空气进行切割时，会有旋转噪声产生。同时，叶片转动过程中，又会有气体涡流出现，进而形成涡流噪声。

3  活塞式内燃机噪声控制技术

3.1 噪声源的控制

首先，机械噪声。结合分析得知，内燃机运动部件的振动、冲击作用下，形成了机械噪声。其中，机械噪声的大小受诸多因素的综合影响，如零件加工精度、零件材料、运转速度等等。在机械噪声控制时，可对运动件的平衡性能进行提高，对扭振进行减少。针对曲柄连杆机构的撞击噪声，一般要对活塞、缸壁的相对运动条件下改善，如对活塞、缸壁的间隙适当减小，对活塞裙部结构进行优化设计等，促使撞击力度得到减小。也可将活塞销孔中心与气缸中心线偏离设置，促使活塞的敲击噪声得到降低。如福特、雪佛兰等美国汽车生产厂家，都将气缸中心偏置技术运用过来。此外，也有其他的一些控制技术。如对活塞高度进行增加，这样活塞与缸壁撞击时的承压面积得到扩大，撞击力度得到减小。通过对活塞环的个数进行减少，不仅活塞重量得到控制，活塞与缸壁的传热系数也可得到降低。通过对缸套厚度、刚度等进行增加，可以促使活塞的敲击噪声进行控制，活塞与缸壁摩擦导致的噪音也能够得到降低。针对内燃机传动齿轮的噪声，可对齿轮的弹性刚度、齿轮误差等进行控制，如对齿轮型式、齿轮参数进行合理改进，对齿轮的侧向间隙进行减小。优化齿轮制作材料，选择的材料具备较大的内阻尼等，这样能够发挥材料的隔振功能。

其次，燃烧噪声。燃烧噪声受气缸压力升高率的直接影响，因此，要对最高压力升高率进行控制，促使燃烧噪声得到降低。第一，将新型燃烧室应用过来。相较于传统直喷式燃烧室，分开式燃烧室与半分开燃烧室具有较低的燃烧噪声。第二，对压缩比适当提高，将高牌号的油料应用过来，这样能够缩短着火延迟期，促使着火延迟期内的可燃混合气形成量得到降低，继而影响到压力升高率，达到燃烧噪声控制的目的。第三，要对供油合理组织，通过喷油提前角的适当控制，促使预燃期得到缩短。也可在燃烧器内，对喷油量适当降低，这样压力升高率能够得到有效控制，进而达到燃烧噪声降低的目的。第四，通过电子控制高压燃油喷射系统的应用，对延迟期燃油喷入精确控制。第五，通过废气涡轮增压技术的运用，对进气温度、进气压力等进行提高，这样预燃期能够得到缩短。

最后，空气动力噪声。针对进气、排气噪声，可对进气管内压力脉动强度、截面处气门涡流强度进行降低。如进气管选用波纹管，能够有效缓冲压力脉动。也可对吸气管道进行延长，对空滤器容积进行扩大，对吸入孔适当缩小等。在排气方面，则要合理设计排气系统，对排气管材料合理选择，促使共振问题得到规避，涡流得到减少。针对风扇噪声，则需考虑风扇的转速、效率以及风量等因素。可对风扇的叶片形状优化设计，通过安装角的合理选择，促使气流流动状况得到改善，风扇效率得到提高。如相较于传统钢板压制的风扇，机翼形断面风扇具有更高的效率。要对风扇转速进行降低，对导风罩形状适当科学优化，对风扇直径适当增加等。也可对风扇与护风罩之间的间隙大力缩小，对风扇、散热器之间的距离合理控制等。

3.2 噪声传播途径的控制

若无法控制内燃机的噪声源，则可将传播途径作为切入点，促使内燃机噪声得到有效降低。一般情况下，主要运用这些控制技术：首先，合理安装消声器，促使内燃机的空气动力噪声得到降低。其次，在发动机表面包裹相应的材料和结构，促使声传播通路得到隔离，达到噪声降低的目的。其中，隔声壁板、隔声罩等应用较为广泛。通过隔声罩的运用，能够在密闭、半密闭空间内放置高噪声源，避免向临近区域传播高噪声。再次，通过将弹簧、橡胶等隔振元件合理设置于发动机外部部件与承载结构之间，可以促使振动力的传动量得到减少。也可将具有较大损耗系数的阻尼材料合理覆盖于振动表面，有效控制噪声的传播。最后，可将一些能够吸收声能的材料应用过来，以便对传播途径中的声能进行吸收，达到降低噪声的目标。

4  活塞式内燃机汽车其他噪声的控制技术

4.1 底盘噪声控制技术

首先，排气噪声。底盘噪声的主要来源为排气噪声，涵盖了涡流噪声、脉冲噪声等多种组成部分。针对排气噪声，要将有限元法、边界元法等应用过来，仿真分析消声器的衰减效果，以便促使排气噪声得到降低。本项技术由于难度过大，目前正处于研发关键阶段。在应用过程中，需避免有重叠、耦合等问题出现于汽车的振动特性与消声器的传递特性之间。此外，为促使汽车的动力性得到提高，需對排气背压进行降低，这样就要求对排气管的直径适当减小。但减小排气管直径的同时，又会产生较大的排气噪声，导致有矛盾现象存在于内燃机的动力性和静谧性之间。针对这种情况，可将并联流路消声器运用过来，不仅车辆动力性能得到提高，也可在很大程度上抑制气流噪声。针对排气振动与噪音问题，则可借助于软管等材料，对活塞式内燃机、消声器等进行连接。实践表明，本种方式能够有效降低噪声。

其次，传动噪声。传动噪声主要由传动轴、变速箱齿轮的振动导致。针对这种问题，可科学校准转动轴的中心度，促使转动偏心情况得到改善，扭转导致的振动幅度得到降低。要将扇形齿轮的低噪变速器运用过来。借助于橡胶垫等减震材料的应用，连接汽车底盘与依振动部件，包括变速箱、内燃机等，促使振动问题得到阻断，避免向底盘传导。

4.2 电器设备噪声控制技术

首先，冷却风扇噪声。研究发现，汽车的底盘直接决定到冷却风扇的噪声强度，因此，要优化设计汽车底盘。同时，汽车传动模式、散热器结构等因素也会影响到冷却风扇的噪声程度，要将这些因素作为优化设计的重点。其次，发电机噪声。本种噪声的出现，受机械、磁体、空气动力等诸多因素的综合影响。而发电机噪声强度，则又受到发电机原理、装配精度等因素的作用。因此，要结合发电机噪声的形成原因与影响因素，采取针对性的控制策略。

4.3 车身噪声控制技术

研究表明，汽车的行驶速度会直接影响到车身噪声的强度，两者之间呈现出非线性关系。提高汽车行驶速度的同时，车身噪声将会以几何级数的态势快速增长。其中，车身噪声主要由空气动力噪声导致。因此，要想对车身噪声有效的抑制或减少，需对弹性元件合理选择，促使车身、车架之间的碰撞得到减少或规避。要对车身外观合理优化，尽量将流线型设计方案应用过来，这样空气摩擦能够显著减少。要对车内软装合理选择，保证具有良好的隔音效果。此外，车胎噪声也是车身噪声的主要来源。通常情况下，轮胎的厚度、胎距与车胎噪声之间呈现出正比例的关系，且轮胎材质、花纹等也会影响到车胎噪声。因此，要合理选择轮胎类型，以便促使车胎噪声得到控制。

5  结语

综上所述，汽车噪声控制水平直接影响到汽车整体的舒适度，需引起人们充分的重视。活塞式内燃机汽车存在着诸多的噪声来源，而活塞式内燃机则是最为主要的来源。因此，在噪声控制过程中，要将活塞式内燃机噪声作为控制的重点。相关人员要深化技术研究，不断创新与完善噪声控制技术。

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