常规动力汽车的噪声主要包括以下几个部分:底盘噪声、发动机噪声、车身系统噪声和电气系统噪声。其中,发动机噪声是主要的噪声源,按其噪声的性质可分为燃烧噪声、机械噪声和气动噪声。下面简单介绍一下。

一.燃烧噪音

燃烧噪音是由气缸中周期性变化的气体压力引起的。主要看燃烧的方式和速度。主要知识点如下:

1.在汽油机中,如果发生爆燃、表面点火等异常燃烧,会产生较大的燃烧噪声。柴油机的燃烧噪声是由于燃烧室内空气压力急剧上升,导致发动机各部分振动而产生的噪声。一般来说,柴油机的噪音比汽油机大得多。

2.燃烧过程中的激励噪声主要集中在快燃期,慢燃期次之。在快速燃烧期间,平均压力增长率是燃烧噪声的主要测量指标。

3.根据噪声频谱比较,增压柴油机的噪声低于非增压柴油机。

4.燃烧噪声与发动机的燃烧过程直接相关。但燃烧过程的控制是一个复杂的问题,与燃料性质、压缩比、供油系统参数(如供油提前角、喷油孔直径和数量、喷油压力)、发动机结构(风冷、水冷)、燃烧室形状、发动机进气状态等有关。

在汽车发动机中,燃烧噪声占总噪声的很大比例,因此研究如何降低燃烧噪声具有重要意义。研究的降噪措施主要包括:采用隔热活塞、提高压缩比和应用废气再循环技术、采用双弹簧喷射阀进行预喷射、采用增压、合理选择和设计燃烧室等。

对于直喷式燃烧室,合理的设计可以保证其在足够的涡流下具有较高的湍流动能,强化燃油与空气的扩散,从而改善燃烧过程,实现柴油机的低油耗、低噪声、低排放。

二、机械噪音

机械噪声是发动机运转过程中,由于气体压力和惯性力的周期性变化引起的各运动部件的振动或相互冲击而产生的。主要有发动机惯性和活塞曲柄连杆机构噪声、配气机构噪声、传动齿轮噪声和不平衡惯性力引起的噪声。

1.活塞-曲柄-连杆机构的噪声:为了维持正常运动,机构各部分之间有一定的间隙。在周期性变化的力的作用下,由于振动和相互冲击,不可避免地会产生噪声,其中活塞撞击气缸产生的爆震噪声最大。发动机运转时,活塞在上止点和下止点附近的侧向力的作用下,从一侧侧向移动到另一侧,从而形成活塞对缸壁的强烈敲击,产生活塞的敲击噪声。另外,活塞对缸壁的冲击也会引起缸壁的高频自振和气缸套的气穴现象;

2.配气机构噪音:四冲程发动机采用气门-凸轮配气机构,零件多,刚性差;以及凸轮挺杆和凸轮挺杆之间的摩擦振动;阀门的不规则运动、开启和关闭;摇臂撞击气门尾部和气门落座时产生噪音;

3.变速器齿轮噪声:变速器齿轮的噪声是由齿轮啮合时齿间的冲击和摩擦引起的。齿轮的各种误差,而且由于齿轮承受交变动载荷,这种动载荷会使轴变形,并通过轴对轴承产生动载荷,轴承的动载荷会传递到发动机壳体和齿轮室壳体,使壳体产生激振噪声。此外,曲轴的扭转振动还会破坏齿轮的正常啮合,激发噪声。传动噪声与齿轮的设计参数和结构类型、加工精度、齿轮材料匹配、齿轮室结构和运行状态有关。

4.不平衡惯性力引起的发动机惯性和噪声:活塞-曲柄-连杆机构运行中会产生往复惯性力和离心惯性力,前者是第一、二、更高惯性力之和。虽然离心惯性力是恒定的,但其方向取决于曲轴的位置。在发动机运转过程中,这些周期性变化的力会通过曲轴轴颈传递到发动机机体上,产生振动噪声。

三。气动噪声

气体扰动以及气体与其他物体相互作用产生的噪声称为气动噪声。在发动机中,它包括进气噪声、排气噪声和风扇噪声。

1.进气噪音:发动机工作时,高速气流通过空气滤清器、进气管、气门进入气缸。在这种气流的过程中,会产生很强的气动噪声,有时会比发动机本身的噪声高5dB左右,成为仅次于排气噪声的主要噪声源。这种噪音随着发动机转速的增加而增加,与负荷的变化无关。其成分主要包括周期性的压力脉动噪声、涡流噪声、气缸的宣姆霍兹共振噪声和进气管的气柱共振噪声。

(1)周期性压力脉动噪声:新鲜空气进入进气管后,在气门开启和关闭过程中产生周期性压力脉动,产生压力脉动噪声。主要频率成分有:

f=镍/60吨(赫兹)

其中n是发动机转速(rpm),I是气缸数,T是冲程系数(2代表四冲程,1代表两冲程)。这种噪声通常是低频噪声,峰值通常出现在300Hz以下。

(2)涡流噪声:高速气流进入气缸时,有气门、气门导管、进气管毛刺等障碍物。在气流通道中,气流受阻形成涡流,产生涡流噪声。

(3)气缸的宣姆霍兹共振噪声:气缸可视为一端封闭的宣姆霍兹共振腔。共振来自于气缸内气体压力波的激发。共振频率与发动机转速无关,只取决于气缸容积、进气管的长度和直径。当缸内气体压力脉动的点火频率等于发动机计算的宣明浩兹共振频率时,缸内就会发生宣明浩兹共振,此时辐射的声能最大。

(4)进气管的气柱共振噪声:当进气门关闭时,进气管变成一端封闭一端开放的等截面管,形成气柱共振系统。管道中的气体介质由于其连续分布的质量和可压缩性,容易产生气柱振动。当声源的激励频率接近气柱的某一固有频率时,气柱会在相应的频率上共振,从而辐射噪声。气柱振动的固有频率为:

f=(2i-1)*c/4l(赫兹)

其中I为谐振频率,C为声速,L为进气管长度。当管长等于1/4波长的奇数倍时,会发生小振幅波的共振。管道越长,共振频率越低,阻尼越大。

2.排气噪声:是汽车和发动机中能量最大的噪声源,其噪声往往比发动机整机高10 dB ~ 15 dB。

排气噪声主要在排气开始时。废气以脉冲的形式从排气阀间隙排出,从排气口迅速冲入大气,形成能量高、频率复杂的噪声。它的基频就是发动机的点火频率。整个排气噪声频谱表现为基频及其高次谐波的扩展,其能力主要集中在基频及其倍频的频率范围内。

排气噪声除基频噪声及其高次谐波噪声外,还包括排气歧管和排气歧管内的气柱共振噪声、气门杆后部的涡流噪声、排气系统管道内壁的湍流噪声、废气喷射和冲击噪声。

3.风扇噪声:在风冷发动机中,它是一个重要的噪声源,一般比进排气噪声小。主要是气动噪声,由旋转噪声和涡流噪声组成。旋转噪声是由旋转叶片周期性扰动空气并引起气压脉动而产生的噪声

涡流噪声是由风扇旋转时周围空气产生的涡流引起的,这些涡流由于粘滞力而分裂成一系列小涡流。分流时,空气会受到扰动,产生压力波动和噪音。涡流噪声一般是宽带噪声。主峰频率为:

f=千伏/天

其中k是常数,通常在0.15至0.22的范围内;v为风机的圆周线速度(m/s);d是叶片在气流入射方向的厚度(m)。

当这种涡流引起的振动频率接近叶片的固有频率时,就会产生共振,增加噪声。

影响风扇噪音的主要因素有:风扇转速(风扇转速和直径越大,风扇风量越大,噪音越高)、风扇效率(风扇效率越低,耗电量越大,风扇噪音越大)、风扇叶片形状(直接影响叶片附近的涡流强度,从而影响风扇效率)等。