汽车噪音分析与降噪措施
着汽车工业及经济的发展，城市机动车辆数目剧增，伴随而来的交通污染也日益严重，其中汽车“噪音污染”被称为“城市新公害”。专家指出：“汽车对环保造成的最大危害之一是噪音污染，这一问题必须引起特殊关注”。
40分贝是正常的环境声音，在此以上就是环境噪音。人们长期处在噪音的环境中，除了损伤听力外，还可引起心绪不宁、心情紧张、心跳加快、血压增高，甚至导致神经衰弱和脑神经机能不全等，严重危害了人们的身心健康。据调查，在所有噪音中，交通噪音约占各种声源的70％左右。因此，如何降低汽车噪音一直是世界汽车工业的一个重要课题。 汽车噪音的影响因素错综复杂，按噪音产生的过程和原理不同，可以分为与发动机有关的声源和与汽车行驶系有关的声源。与发动机有关的声源主要有：发动机进、排气噪声、发动机燃烧噪声、冷却风扇噪声、机体各部件间振动噪声。另外还包括其附件：如发动机、空压机、机油泵、水泵等辐射的声音。与汽车行驶有关的声源主要有：传动系机械噪音、轮胎滚动噪音、车声振动噪音、制动器噪声、车身和空气相对运动而产生的气流噪声。这些噪声随汽车和发动机形式不同而不同，与使用过程中的车速、发动机转速、加速状态、载荷及道路状况有关。以上噪声的产生都是被动的，只要车辆行驶，就有噪音的产生。 下面主要分析汽车产生噪音的原因及降噪措施，概括起来主要有以下几点： 一、 发动机燃烧噪音：它是气缸内燃料燃烧时产生的噪音。燃烧噪音是由于气缸内周期变化的气体压力的作用而产生的。它主要取决于燃烧的方式和燃烧的速度。燃烧时汽缸压力通过活塞、连杆、曲轴、缸体及汽缸盖等引起发动机结构表面振动而辐射出噪音。在汽油机中，如果发生爆燃和表面点火不正常燃烧时，将产生较大的燃烧噪声。柴油机的燃烧噪音是由于燃烧室内气压急剧上升，致使发动机各部件振动而引起的噪声。一般来说柴油机的噪声比汽油机高得多，因此在这里主要讨论柴油机燃烧噪音的降噪措施。 1.采用隔热活塞以提高燃烧室壁温度，缩短滞燃气，降低空间雾化燃烧系统的直喷式柴油机的燃烧噪音。 2.采用双弹簧喷油阀实现预喷。即将原本一个循环一次喷完的燃油分两次喷。第一次喷入其中的小部分，提前在主喷之前就开始进行着火的预反应，这样可减少滞燃期内积聚的可燃混合气数量。这是降低直喷式柴油机燃烧噪音的最有效措施。通过降低双弹簧喷油器初次开启压力和针阀的预升程来抑制空气和燃料混合气的形成，以此对怠速工况的燃烧噪声产生影响。通过设计两段升程装置，采用引燃喷射装置在较大的转速范围及加速情况下来抑制燃烧噪音。 3.提高压缩比和应用废气再循环技术也可以降低柴油机的燃烧噪音。但压缩比主要决定了柴油机的机械负荷与热负荷水平。废气再循环技术通过降低汽缸最高压力，在抑制NOx产生的同时，也降低了燃烧噪音。 4.共轨喷油系统是一种先进的直喷式轿车柴油机电子控制高压燃油喷射系统，它能减少滞燃期内喷入的燃油量，特别有利于降低柴油机燃烧噪音。 5.采用增压。柴油机增压后进入气缸的空气充量密度、温度和压力增加，从而改善了混合气的着火条件，使着火延迟期缩短。一般来说，涡轮增压柴油机最大额定功率的最大转速要比同样气缸尺寸的非增压柴油机低，有利于降低燃烧噪音。 6.燃烧室的选择和设计。对于分开式燃烧室，精确的喷油通道、扩大通道面积、控制喷射方向和燃烧室进气涡流半径的优化，均能抑制预混合燃烧，促进扩散燃烧，从而降低由低负荷到高负荷较宽范围的燃烧噪声、燃油消耗和炭烟排放。对于直喷式燃烧室，可以通过合理设计，使其在保证足够的涡流下具有高紊动能，强化燃料与空气之间的扩散，以此来改善燃烧过程，实现柴油机低油耗、低噪音和低排放。 7.减小供油提前角。供油提前角小，喷油时间延迟，气缸内温度和压力在燃油喷入时较高，燃油一经喷入即雾化，瞬间达到着火点，缩短了滞燃期。最先喷入的燃油爆发燃烧，而后续喷入火焰中的燃油因氧气不足而不会立即燃烧，这样，由于初期燃烧的燃油量少，压力升高率低，可使燃烧噪音减少。大多数柴油机的燃烧噪音随供油提前角的减小而有所降低。 8.选择十六烷值高的燃料，着火延迟期较短，从而影响在着火延迟期内形成的可燃混合气数量，使压力升高率降低和减小燃烧噪音。 二、发动机机械噪音：它是由发动机运转而引起的噪音。主要包括活塞对缸套的敲击声、配气机构噪声、正时齿轮噪声等。他们随着发动机转速的增加而增加。为达到减少噪音的目的，采取了一系列措施。 1、首先保证活塞、活塞环、与缸套的正确配合间隙。 （1）例如采取活塞销孔偏置。 （2）在活塞裙部开横向隔热槽。 （3）增加缸套的刚度；改善活塞和汽缸壁之间的http://wWW.LWLm.cOM润滑状况。 2、另外配气机构中采取了如下降噪措施： （1）保证良好的润滑。 （2）减少气门间隙可减少摇臂与气门之间的撞击，但不能使气门间隙太小。采用液力挺柱可以从根本上消除气门间隙，降低噪声。近年来还出现了气门液压驱动系统，其噪声更低。 （3）缩短推杆长度是减轻系统重量、提高刚度的有效措施，顶置式凸轮轴取消了推杆，对减少噪声特别有利。 总之，实践表明：减少振动是降低噪声的根本措施，增加发动机机构的刚度和阻尼，是减少表面振动的方法。 二、风扇噪音：它属于空气动力噪音。风扇转动过程中，由散热器隔栅吸入的冷却气流经散热器、风扇叶片吸入，从发动机间隙排出。气流运动的这一过程产生了旋转噪音和涡流噪音。尤其是近年来，由于汽车空调和排气净化装置的应用，使得发动机罩内温度上升，风扇负荷加大，噪声变得更加严重。另外，风扇噪音随转速的增加而增加。除了以上原因，研究人员还认为风扇的噪音与以下因素密切相关： 1.风扇的外形。风扇外形决定风扇本体的阻力系数，它包括叶片数量、叶片间断间隙、叶片角度及弯曲度等。 2.散热器吸入气流的紊流度（紊流是流体的一种流动状态。当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流，或称为片流；逐渐增加流速，流体的流线开始出现波浪状的摆动，摆动的频率及振幅随流速的增加而增加，此种流况称为过渡流；当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，称为湍流，又称为乱流、扰流或紊流。） 3.风扇叶尖处及缝隙处产生的噪音降低风扇噪音措施有： 1．优化风扇结构。 2. 使用硅油风扇离合器。 3. 强化散热。 4. 采用电液比例技术控制发动机冷却风扇系统。能根据冷却水温度、环境温度及通风量自动连续调节风扇的转速。它和传统经风扇离合器驱动的冷却风扇和电机驱动的冷却风扇相比，其转速不受发动机转速变化的影响，在任何车速下都可以提供足够大的冷却风量，使发动机冷却水温度的平均值始终在80℃---90℃最佳的范围内，同时具有节能降噪的优点。这是发达国家在大功率车用发动机上使用的最新冷却系统。 三、进排气管噪音：在进气行程中，高速气体经空气滤清器、进气管、气门进入汽缸，在流动过程中，会产生一种很强的气动噪音。而在排气行程中，高温高压的废气经排气门进入排气管，产生压力波，引起排气管及消声器支架振动，辐射出很强的噪音。发动机排气噪声往往比发动机其它噪声源的总噪音高10—15dB。因此，排气噪声是汽车和发动机最主要的噪声源。 排气噪声按产生的原因分为三种： 1.气门开启时产生的周期性排气噪声。 2.气体涡流噪声：当高速气流通过排气门和管道时会产生强烈的涡流而辐射噪音。 3.排气管道共鸣噪音：包括排气管、尾管、消声器内部各连接管道所产生的共鸣噪声。排气噪声的大小和发动机额定功率、转速、气门压力等因素有关，并随发动机负荷而变化。 主要降噪方法有： 1.使用低功率损耗和宽消声频率范围的排气消声器。 2.在排气口对排气噪音施加与其幅值大小相等，相位相反的二次声源或振动源，可自动地消除存在震动噪声问题，实现主动降低噪音。 3.合理设计排气管的长度与形状，以避免气流产生共振和减少涡流。 4.废气涡轮增压也可降低排气噪音。 四、传动系机械噪音：在传动系中，噪音源主要包括变速器、分动器、传动轴、差速器和减速器等。传动系统噪音是由发动机传来的震动引起离合器、变速器盖等辐射出的噪音以及齿轮啮合激震引起壳体辐射发出的噪音，其中齿轮传动是产生噪声的主要方面。齿轮传动的噪音是齿轮啮合过程中齿与齿之间的撞击和摩擦引起的。在内燃机上，齿轮承载着交变的动负荷，这种动负荷会使轴产生变形，并通过轴在轴承上引起动负荷，轴承的动负荷又传给发动机壳体和齿轮室壳体，使壳体激发出噪音。传动齿轮噪声与齿轮的设计参数和结构型式、加工精度、齿轮材料配对、齿轮室结构以及运转状态有关。 降低传动齿轮噪音的措施有： 1.控制齿轮齿形，提高齿轮加工精度，减小齿轮啮合间隙。 2.采用新材料，如高阻尼的工程塑料齿轮。 3.合理布置齿轮传动系位置。 4.采用正时齿形同步带传动代替正时齿轮传动。 五、轮胎噪音：轮胎噪音由轮胎与路面摩擦所引起的，是汽车的另一个重要的噪声源。研究表明：在干燥的路面上，当汽车高速行驶时，轮胎噪声会超过发动机噪声而成为最主要的噪声源。而在潮湿路面上，即使车速低，轮胎噪声也会超过其它噪声成为最主要的噪声源。 轮胎噪声产生的原因主要有两个方面。 1.泵气效应：所谓泵气效应是指轮胎高速滚动时引起轮胎变形，使得轮胎花纹与路面之间的空气受挤压，随着轮胎滚动空气又在轮胎离开接触面时被释放。这样连续的“压挤释放”，空气就迸发出噪声。 2.轮胎振动：轮胎振动和轮胎的刚度和阻尼有关，刚度增大（例如轮胎帘布层数目增加），阻尼减小，轮胎的振动就会增大，噪声也就大了。 要降低轮胎的噪声，胎面可采用多种花纹节距，采用高阻尼橡胶材料，调整好轮胎的负载平衡以减小自激振动等。影响轮胎噪声的最主要因素是轮胎花纹，花纹不同，压缩、排气的难易程度也不同。如载重汽车的烟斗花纹轮胎要比普通花纹轮胎噪声大。轮胎转速也与噪声有一定的线性关系，速度越快噪声越大，车辆越重噪声越大。若车速增加10倍，噪声约增加30倍。 六、制动噪音：汽车制动而产生的噪音主要有制动器的尖叫声、轮胎与地面的摩擦声以及车身板件的震颤声等。制动噪音一般是指制动器工作时产生的鸣叫。一个设计合理，装配精准，保养良好的制动器是没有或只有很小噪音的。车辆下坡时长时间踩踏刹车会因高温造成制动蹄片的损坏，日后再工作的时候就会发出尖锐的鸣叫。 平静隔音（在不影响车辆机械性能和安全性能的前提下，为不同车辆的噪音控制提供量身定做的解决方案。）对制动噪音处理的重点是通过粘贴吸音棉或隔音垫来减缓车辆紧急制动时引起的车身板件震颤。 七、车身结构噪音：它包括两个部分，一是振动噪音，二是空气与车身之间的冲击和摩擦声，即气动噪音。前者受车身结构形式、发动机安装形式、各种激励源特性等多种因素影响。后者受车身外形结构和行驶速度的影响。由于两者都与车身结构密切相关，所以对其进行控制主要是改进车身的设计。包括改进车身结构；减少振动传递；改进车身外形。（如自1886年第一辆汽车诞生以来，汽车造型从最早的马车型到箱型、从甲壳虫型发展到流线型，从船型、锲型到现在最常见的复合型等措施。）车身上的板件由于在外力作用下极易产生振动而辐射噪音，而且辐射效率较高，因此成为主要控制对象。 平静隔音一般采取以下措施控制其振动和噪音： 常见的螺丝松动，装配精度不够引起的部件之间空隙过大以及发动机支架设计不合理，减震橡胶垫老化等等。除了更换减震橡胶垫和紧固螺丝外，粘贴平静多功能密封条或专业密封条也可以改善因装配不良引起的噪音。 综上所述，影响汽车发动机噪声的因素多种多样，单靠采用某一种降噪方法很难大幅度地把噪声降低下来，要降低汽车噪声，应从噪声源、传播途径等方面入手，明确噪声的对象和目标，通过综合考虑，采取各种技术手段，在一定程度上可有效地控制和降低燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声，达到降低汽车噪声的目的。GB1495-2002对汽车加速行驶车外噪声的要求越来越高，限值降低了2-4dB,这对于为每降低1dB噪声而苦苦探索的汽车科研和生产企业来说无疑是一个挑战。汽车噪声的控制成为我国汽车工业的一个重要研究课题。