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[噪声治理] 汽车发动机主要噪声分析:型式不同,噪声源贡献不同

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发表于 2018-5-18 16:32 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  发动机是多声源的复杂动力机械,按照噪声辐射的方式来分,可把发动机的主要噪声源分为直接向大气辐射和通过发动机表面向外辐射两大类。

  直接向大气辐射的噪声源有进气噪声、排气噪声和风扇噪声。它们是由气流的振动而产生的空气动力噪声。柴油机进气系统中的增压器及扫气泵的噪声,也包括在进气噪声中。

  发动机表面向外辐射的噪声,是发动机工作时,内部结构的振动而产生的噪声,通过发动机的外表面以及与发动机外表面刚性连接的零部件的振动向大气辐射的,因此叫做发动机的表面噪声。发动机的表面噪声,根据产生的机理,可分为燃烧噪声和机械噪声。

  燃烧噪声,是发动机工作时,气缸内周期性变化的气体压力的作用而产生的。它主要由发动机的燃烧方式和燃烧速度来决定。

  机械噪声,是发动机工作时,各运动件之间以及运动件与固定件之间由周期性变化的机械作用力的作用而产生的。它与激发力的大小、运动件的结构等因素有关。

  应该指出的是,燃烧噪声和机械噪声是很难严格区分的。部分机械噪声也是发动机气缸内燃烧间接激发的噪声,例如气缸内燃烧所形成的压力振动通过缸盖、活塞——连秆——曲轴——机体向外辐射的噪声也是由燃烧激发。将活塞对缸套的敲击、正时齿轮、配气机构、油泵系统等运动件之间机械撞击所产生的振动激发的噪声叫做机械噪声。

  发动机的型式不同,其各噪声源所占发动机总噪声的比例也不同。柴油机的主要噪声源是燃烧噪声:汽油机的主要噪声源是进、排气噪声和配气机构噪声;风扇噪声在风冷汽油机中是主要噪声源之一。

  1. 燃烧噪声
  四冲程发动机工作循环由进气、压缩、燃烧和排气行程构成,从点火开始到燃烧结束期间是燃烧噪声的主要产生期,快速燃烧仲击和燃烧压力振荡构成了气缸内压力谱的中高频分量。燃烧噪声是具有一定带宽的连续频率成份,在总噪声的中高频段占有相当比重。一般来说柴油机缸内压力较高,且压力增长率最大值远高于汽油机,所以柴油机的燃烧噪声远高于汽油机。

  2. 进气噪声
  进气噪声是发动机的主要空气动力噪声之一,它是由进气门的周期性开启与闭合而产生的压力起伏变化而形成的。当进气门开启时,在进气管中产生一个压力脉冲,而随着活塞的继续运动,它受到阻尼;当进气门关闭时,同样产生一个有一定持续时间的压力脉冲。于是产生了周期性的进气噪声。其噪声频率成分主要集中在 200 HZ以下的低频范围。


  与此同时,当气流以高速流经进气门流通截面时,产生湍流脱体,导致高频噪声的产生,由于进气门通流截面是不断变化的,因此湍流噪声具有一定的频率范围,主要集中在 1000 HZ以上的高频范围。进气管空气柱的固有频率与周期性进气噪声的主要频率相一致时,空气柱的共振噪声在进气噪声中也会较为突出。


  3. 排气噪声
  排气噪声是发动机噪声中最生要的噪声源,其噪声一般要比发动机整机噪声高出10~15dB(A)。发动机排气属高温(800~1000D)、高压(3一个大气压)气体。排气过程一般分为两个阶段,即自由排气阶段和强制排气阶段。发动机废气从排气门高速冲出,沿着排气歧管进入消声器,最后从尾管排入大气,在这一过程中产生了宽频带的排气噪声。

  排气噪声包含了复杂的噪声成分:

  以单位时间内排气次数为基频的排气噪声,其基频可由下式计算:
  f=Gn/60j
  式中G为气缸数;n为转速n;j为冲程数,四冲程j=2,二冲程j=1;

  排气管内气柱共振噪声,其频率可由下式计算:
  f=(2i-1/2)*(c/l)
  式中:c为当地声速,l为气柱长度,i为 l,2,3……等;

  还有排气歧管处的气流吹气噪声;废气喷注和冲击噪声;气缸的共振噪声;卡门涡流噪声及排气系统内部的湍流噪声等都在排气噪声中占有一定比例。

  影响发动机排气噪声的主要因素有:气缸压力、排勺门直径、发动机排量及排气问开启特性等。对同一台发动机来说,发动机转速和负荷是影响其排气噪声的最主要因素。

  4. 摩擦振动噪声
  凸轮和摇臂(或挺柱)之间在很大的正压力下进行相对滑移,因此存在很大的摩擦力。这种摩擦力可激发起摩擦振动产生噪声。一般情况下,这种噪声分布在很广的频率范围,属子宽频带噪声。

  5. 气门杆与摇臂的撞击噪声
  由于发动机可达很高的工作温度,必须考虑配气机构各个传动零件的热膨胀。未采用液压挺柱的配气机构中,常温下在气门杆与摇臂之间必须留有气门间隙。开启气门时,摇臂越过气门间隙才能压迫气门杆运动,这就产生了撞击发出噪声,其噪声的基频可通过下式计算得到:
  f=Gnj/60
  式中,G为发动机的气缸数;n为发动机的转速;j为行程系数,四行程汽油机j=2。

  6. 气门落座噪声
  打开的气门依靠弹簧的作用力回复到关闭状态,在这种强大的作用力下,气门与气门座将产生撞击,发出噪声。其基频也可由f=Gnj/60计算得到,式中各符号意义同上;其频谱峰值出现在气门座缸盖系统的固有频率附近。

  7. 机体表面辐射噪声
  发动机每一个零件都是一种结构,都会在激振力的作用下发生振动。振动的结构表面会辐射噪声,故称为机体表面辐射噪声。无论是发动机的燃烧噪声,还是机械噪声最终都要通过发动机表面振动来辐射。现代发动机表面辐射噪声的能量主要集中在1600Hz 到 2000Hz。

  来源:新浪蒙福之人的博客

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