机械化工 ＤＯＩ：１０．１９３９２／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７１－７３４１．２０１７１２１２６ 科技风２０１７年６月下 汽车发动机噪声及控制的分析研究 郭伟 湖北武汉４３００５６ 武汉商学院机电工程与汽车服务学院摘要：汽车乘坐的舒适性已成为考量汽车性能的一个重要指标，发动机噪声是汽车噪声的主要来源，本文重点介绍、分析了 发动机噪声类型及各种形成机理，并在此基础上针对不同的噪声提出了相对的噪声控制或降低噪声的方法，并对此进行了简单的 分析研究。 关键词：发动机；噪声机理分析；降噪控制 目前，汽车已经成为人们生活和工作中最重要的代步交通 隙噪声的，同时为了密封，在活塞上面又安装了两道气环和一 这样就噪声活塞与缸壁之间的接触不是一个整体的面 工具，而且随着生活水平的提高，人们对汽车的要求是越来越 道油环，高，现在已不仅仅局限于代步而已，更多的是偏向于乘坐的舒 接触，同时在曲柄连杆机构运动过程中，连杆所受的力的方向 适性。发动机的振动噪声是评价汽车舒适性性能的重要指标 不是垂直方向的，甚至侧向力的方向在活塞从上止点到下止点 之一。同时，据国外有关资料表明，城市交通噪声７０％来源于 与活塞从下止点到上止点上都是变化的。这样就造成了变化 摩擦力、惯性力的大小与 汽车，而我国汽车噪声的５５％来源于发动机，因此，对发动机噪 的交变力。这个交变力跟气体压力、 声的分析研究与控制具有重要的意义。发动机的机械噪声源 方向有关。于发动机零部件的振动，而主要零部件的振动都直接或间接与 曲轴的振动有关。我们一般将发动机噪声分为三种类型：燃烧 １．２．２配气机构噪声分析 噪声、机械噪声和空气动力学噪声。 发动机配气机构也是重要的机械噪声来源。而且配气机 构的零件多、刚性差、相对运动频繁，因此就易于激发振动和噪 １振动噪声产生的机理分析 声。在这些零件中主要包括：凸轮轴上摇臂与挺杆之间的往复 汽车发动机的噪声产生的原因是多方面的、复杂的，他不 “摇头”敲击运动，气门开、关时的与气缸盖的碰撞声，推杆跟挺 仅跟发动机各组成结构有关，还跟各机械结构之间的相对运 杆之间的摩擦碰撞声，凸轮和挺杆间的摩擦振动等。 动、运动速度有关，而且有时还跟发动机在汽车前擎位置上的 在发动机运转时时，由于速度较快，进、排气的速率也比较 安装情况、位置有关。对汽车发动机噪声的研究也由来已久， 快，因此，气门的开、闭频率就会比较高，同时发动机凸轮轴上 无论是相关科研院所，还是汽车制造企业都在噪声分析与降噪 的摇臂、推杆和挺杆的运动速度都比较大，因此这些机械机构 方面做了大量的并且卓有成效的研究工作。发动机振动噪声 的运动惯性就会很大，这样在机构运动停止时就会产生比较大 研究从１９５７年开始出现相关研究文献，２０１０年达到最热，至今 的冲击，使整个机构产生振动。而且在振动过程中还有可能产 传动链脱节、正时齿轮啮合不稳、产生“飞 共有４９６篇相关论文。以下主要从三方面对噪声的产生作简 生气门开闭不正常、脱”和“反弹”等不规则运动现象。 要的分析。 １．１燃烧噪声 燃烧噪声顾名思义就是在混合气体在发动机汽缸体内燃 烧时，内能转化为机械能的过程中产生的振动，它是一种高频 １．２．３供油系噪声分析 喷油系统也是柴油机噪声的来主要来源之一，其主要是由 喷油泵和高压系统的振动引起的，主要是由周期性变化的 段占比重的噪声，主要方式是混合气体燃烧形成的压力振动并 柱塞上部的燃油压力、高压内的燃油压力以及发动机往复 通过缸盖和活塞一连杆一曲轴一机体的途径向外辐射、传递。 运动惯性力激发泵体自身振动而引起的。该部分噪声根据产 燃烧噪声的高低取决于汽车发动机内混合气体燃烧的方式及 生物体的不同可以分为机械噪声和流体噪声。 其速度大小。 很明显，机械噪声就是供油系统机械运动机构之间的相对 四冲程发动机的工作循环由进气、压缩、燃烧和排气四个 运动产生的冲击及摩擦，主要有齿轮泵、高压油泵、进路、 这些机械结构在重复运 行程，燃烧噪声主要发生在从点火开始到燃烧结束的这段时间 回路、喷油泵凸轮、喷油嘴等结构，内，压力中高频分量的主要来源是缸筒内混合气体的燃烧冲击 与燃烧压力振荡。同时，在燃烧室内发生的急速的、高温、高压 的燃烧也必将引起发动机有关结构的不稳。这些因素共同构 行的过程中会产生周期性的交变力冲击。而流体噪声主要是 燃油在管路里流动过程中，由于震荡和惯性的作用从而会产生 脉动的波形冲击力，激发振动嘬声，它冲击管壁从而激发出大 量振动噪声。 成了发动机的燃烧噪声。 １．３空气动力学噪声分析 １．２机械噪声 空气动力学噪声是按照噪声辐射的方式来分，是直接向大 机械噪声主要是发动机机体及其组成机械结构之间的相 互运动、碰撞而造成的，主要的元素包括活塞敲击缸套，曲轴运 气辐射的噪声源，主要有进、排气噪声和风扇噪声。在这几个 排气系统是主要的噪声源。 动，配气机构运动，皮带轮、正时齿轮等运转造成的噪声，喷油 中，嘴喷油噪声等，机械噪声具有周期性，不可消失性等特点，他的 排气噪声按产生的原因分为三种：排气门在打开过程中产 生的周期性排气噪声；在管路里由于气体涡流而；排气系统各 组成构件之间以及其与尾气之间产生的共鸣噪声。 １．２．１活塞噪声 ． 发动机结构中主要有活塞跟曲轴两大运动构件，其中动力 ２降低噪声的方法分析 的来源是活塞的往复运动，活塞在上下往复运动时，由于其与 发动机噪声作为汽车噪声的主要来源，为了提高汽车的舒 大小跟发动机的机械结构的动态特性等因素有关。 缸筒有一定的间隙，这样就会对缸筒壁产生一定的冲击力、敲 适性，必须适当地控制并降低噪声。噪声控制的方法主要有从 从声学原理出发的噪声控制等。 击，并产生了振动，这个振动噪声通常是发动机最大的机械噪 机械原理出发的噪声控制、２．１从机械原理出发的噪声控制措施 声来源。 随着材料科技的发展，各种新型材料应运而生，用一些内 活塞对起港通壁的冲击，主要是由于活塞跟缸壁之间的间 科技风２０１７年６月下 机械化工 摩擦较大的合金高强度塑料生产机器零件：对于风扇可以选择 最佳叶片形状降低噪声；齿轮改用斜齿轮或螺旋齿轮，啮合系 数大，可降低噪声３～１６ｄＢ；改用皮带传动代替一般的齿轮传 动，由于皮带能起到减震阻尼作用；选择合适的传动比也能降 低噪声。 同时也可以改进一些零部件的机械结构，提高零部件加工 精度和装配质量，使它们之间的相互摩擦尽量减小，可以将噪 声降低。再者也可以通过减小偏心振动和提高机壳的刚度等 措施来减小噪声。 ２．２从声学原理出发的噪声控制措施 目前噪声控制措施主要有吸声、隔声、减震三种方法。吸 声是用特种材料来改变声波的方向，使得噪声产生后经过特殊 材料作用后及吸收掉一部分，反射回来的能量大大降低，达到 降噪的目的。 隔声降噪方法是用某种隔声材料将声源与周围环境隔离， 首先，需要完善噪声法规，为治理汽车噪声提供强有力的 法律保证和持久的推动力；其次，从技术层面讲，通过对噪声产 生机理（来源）和控制方法的分析研究，为汽车的降噪研究提供 了理论依据也为未来的汽车发展指明了方向。总之，科技是治 理汽车噪声的根本途径，各汽车厂商应遵循国家标准，利用一 切科技手段，积极开展汽车消声新技术研究，不断促进汽车的 低噪声化。 参考文献： ［１］张玉春，王良曦，丛华．汽车主动悬挂控制的研究现状 和未来挑战［Ｊ］．控制理论与应用，２００４（０１）． ［２］丁吉，姜涛，蒋宁．基于悬臂梁振动的主动控制技术研 究［Ｊ］．长春工业大学学报（自然科学版），２００７（０３）． ［３］胡旭林，杨光．ＥＲ流体性能的仿真研究［Ｊ］．长春工业 大学学报（自然科学版），２００５（０２）． ［４］吕振华，梁伟，上官文斌．汽车发动机液阻悬置动特性 使辐射的噪声不能通过该材料，直接传播到周围区域，从而达 仿真与实验分析［Ｊ］．汽车工程，２００２（０２）． 到降噪目的。 ［５］缪赘，龚雅萍，刘侍刚，邱阳．柴油机双层隔振的自适应 减震降噪是由于目前汽车的外壳都是由金属薄板制成，车 模糊控制方法及模拟试验的研究［Ｊ］．船舶工程，２００１（０６）． 身行使过程中，各种振动源产生的噪声最终都传到了车身上， ［６］刘福水，葛蕴珊，唐志伟，郭良平．半主动控制液力悬置 而金属薄片制成的车身以弹性波形传播，同时引起车体上其他 的模拟和实验研究［Ｊ］．北京理工大学学报，２０００（０５）． 部件的振动。防止发动机、传动系、悬架及轮胎的振动传人车 ［７］余成波，等．内燃机振动控制及应用［Ｍ］．国防工业出 内；这些问题现在主要要通过加强地板、顶棚等大面积的钣件 版社，１９９７．的刚度，尽量少用大面积钣金件的办法来解决。 项目来源：武汉商学院２０１５年校级科研项目 ３结语 一项目名称：基于Ｍａｆｌａｂ的发动机振动噪声测量系统设计研 ２０１５ＫＹ０１０） 汽车工业发展到今天，乘坐舒适性已成为衡量汽车性能的 究（项目编号：个重要指标，因此，降低汽车噪声研究必然是未来汽车科技 作者简介：郭伟（１９８４－），男，硕士，助教，研究方向：机械设 的一个重要课题，汽车噪声的治理应走全方位综合治理之路。 计、机电控制等。 （上接第１４３页）加工刀具轨迹规划研究进展［Ｊ］．机械工程学 报，２０ｌ５（１５）：１６８－１８２． 『９１ Ｋｉｍ Ｂ Ｈ，Ｃｈｏｉ Ｂ Ｋ．Ｇｕｉｄｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｂａｓｅｄ ｔｏｏｌ ｐａｔｈ ｇｅｎｅ￣ ａｔｉｏｎ ｉｒｄ—ａｘｉｓ ｍｉｌｈｎｇ：ａｌｌ ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｇｕｉｄｅ ｐｌｎｅ ｍｅｔａｈｏｄ［Ｊ］． Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ２０００，３２（３）：１９１—１９９． ［Ｄ］．广州：广东工业大学，２０１１． ［１６］董佳琦，张平．基于曲面分片的五轴刀具轨迹规划 ［Ｊ］．机床与液压，２０１３（１５）：５７－６０． ［１７］Ｄｉｎｇ Ｓ，Ｍａｎ ｎａｌｌ Ｍ Ａ，Ｐｏｏ Ａ Ｎ，ｅｔ ａ１．Ａｄａｐｔｉｖｅ ｉｓｏｐｌａｎａｒ ｔｏｏ１．ｐａｔｈ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｏｆ ｆｒｅｅ．ｆｏｒｍ ｓｕｒｆａｃｅｓ Ｉ Ｊ『．Ｃｏｍ． ｐｕｔｅｒ Ａｉｄ Ｄｅｓｉｇｎ，２００３，３５（２）：１４１—１５３． ［１Ｏ］林金涛．高速铣削螺旋刀具轨迹规划算法研究［Ｄ］． 上海交通大学，２０１５． 『ｌ１ １ Ｇｉ１ｒ．Ｖ Ｂｅｚｂａｒｕａｈ Ｄ，Ｂｕｂｎａ Ｐ，Ｃｈｏｕｄｈｕｒｙ Ａ Ｒ．Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｓｔｅｒ ｃｕｔｔｅｒ ｐａｔｈｓ ｉｎ ｓｃｕｌｐｔｕｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｂｙ ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ ［１８］Ｃｏｘ ＪＪ，Ｔａｋｅｚａｋｉ Ｙ，Ｆｅｒｎｓｇｏｎ ＨＲＰ，ｅｔ ａ１．Ｓｐａｃｅ－ｉｆｌｌｉｎｇ ｃｕｒｖｅｓ ｉｎ ｔｏｌ—ｐａｔｈ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ，１９９４， ２６（３）：２１５—２２４． ［１９］李万军．基于分形中Ｈｉ．ｃａ曲线的复杂曲面加工刀 Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，２００５（１０）：１２０２－１２０９． 具轨迹规划算法研究［Ｄ］．南京：南京航空航天大学，２０１１． ［１２］叶佩青，陈涛，汪劲松．复杂曲面五坐标数控加工刀具 ［２０］黄象珊．基于适应性空间填充曲线生成刀具路径的技 轨迹的规划算法［Ｊ］．机械科学与技术，２ｏ０４（８）：８８３—８８６． 术研究［Ｊ］．组合机床与自动化加工技术，２０１４（１）：５３—５６． ［１３］李丽，房立金，王国勋．ＮＵＲＢＳ曲面五轴加工刀具路 ［２１］何雪明，李建康，张荣，等．用端铣刀数控加工自由曲 径规划技术研究［Ｊ］．机械制造，２０１４（２）：５－９． 面的刀具干涉检测［Ｊ］．江南大学学报：自然科学，２００５（Ｏ３）： ８４． ［１４］Ｈａｎ Ｚ Ｌ，Ｙａｎｇ Ｄ Ｃ Ｈ，Ｃｈｕａｎｇ Ｊ．Ｉｓｏｐｈｏｔｅ ｂａｓｅｄ ｒｕｌｅｄ ７８＿ｓｕｒ－ｆａｃｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｅ ｆｏｒｍ ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ［２２］李旗号，张丽．自由曲面数控加工中非线性误差分析 ＮＣ ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｉ Ｊ １．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ， 与走刀步长的确定［Ｊ］．合肥工业大学学报：自然科学版，２０００ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｗｉｎｅｉｐｌｅ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌｓ ａｎｄ ２００１（０９）：１９１ｌ一１９３０． （０３）：９１－９４． ［１５］刘飞鹏．基于主曲率匹配曲面分片的五轴加工轨迹 １４５
