发动机噪声控制策略

2011年第10卷第1期发动机噪声控制策略浅析□王向军佟亚娟刘祥宇【摘要】本文通过阐述柴油发动机的结构、使用和设计，进而分析柴油发动机噪声的成因，提出柴油发动机噪声的控制策略。

【关键词】柴油发动机；噪声；控制【作者单位】王向军，佟亚娟，刘祥宇；保定长城内燃机制造有限公司由于工程机械所面临的工作环境相对恶劣，而且负荷的变化范围较大，所以一般工程机械的动力源都选用柴油发动机，这主要是因为柴油发动机具有动力性好以及故障率低等方面的优点，但是柴油发动机的振动噪声较大，噪声导致的环境污染较为严重，容易导致操作人员的不适和疲劳，这也带来了很大麻烦和不便。

因此只有充分了解柴油发动机机噪声的产生原因，才能更好的控制和降低柴油发动机的噪声，改善工程机械的操作和控制性能，提高工程机械的工作效率和舒适程度。

一、发动机产生噪声的成因分析柴油发动机从噪声和振动的角度来说，是一个作用在刚性、阻尼和响应特性变化的复杂结构上的运动力相互作用的高度复杂的非线性系统。

在柴油发动机中，各个系统中的振动是由气流、燃烧和机械等引起的，这些振动直接或间接的转变成传播在空气中的噪声。

具体来讲，柴油发动机产生噪声的原因有以下几点：（一）气流引发。

柴油发动机的进气和排气系统气流引发的噪声是和进气、排气以及冷却风扇相关联的。

进气、排气噪声主要位于低频范围，通常气流引发的噪声频谱中耦合有周期性频率成分，在排气噪声中该频率是柴油发动机的发火频率并在排气口和排气系统中引发气柱产生噪声。

在进气的噪声中，进气通道中气体引起的压力脉冲会产生周期性噪声成分。

柴油发动机机的附属装置也是产生气流噪声的原因之一。

比如风扇噪声主要就是由旋转噪声和涡流噪声等组成。

旋转噪声是由于风扇叶片周期性的击打空气质点，引起空气的压力脉冲，从而引发噪声。

旋转噪声的大小取决于叶片单位时间内击打空气质点的次数，也就是与风扇转速和叶片数量的乘积成正比。

涡流噪声是由于在风扇旋转时，周围空气产生涡流，这些涡流在粘性力的作用下，分成若干小涡流。

正是这些涡流的形成和分裂使得空气发生扰动，从而引发噪声。

涡流噪声的大小取决于叶片与空气的相对速度。

（二）燃烧过程引发。

柴油发动机属于压燃式内燃机，在压缩过程中，由于其产生的高温高压超过柴油的自燃点着火而产生混合气。

如果着火滞燃期长，喷入燃烧室中的柴油就会过量，一旦着火就会导致燃烧室中的大量柴油细雾燃烧，燃气压力急剧增加。

这种冲击性的压力将直接使燃烧室壁面以及活塞、曲轴等机件产生强烈振动，并由气缸壁面传至外部，形成燃烧噪声。

（三）机械内部引发。

机械内部噪声主要由各个特性的噪声源相互组合叠加而成。

最常见的机械噪声源有活塞敲击声、活塞侧向力、轴承力、轴承旋转、齿轮、气门冲击、喷油泵和喷油器等。

在许多情况下，这些噪声的总和可能超过燃烧噪声，特别是在高速运转或者活塞负荷时。

（四）机械表面引发。

柴油发动机在工作中，其外表面和零件会对燃烧等激发力作出响应，从而产生较大的噪声。

下列外表面和零件通常是重要的噪声源：（1）曲轴箱。

噪声从隔板间无支撑的外壁上辐射出来，此外各种振动模式引起的曲轴箱扭曲也会产生噪声。

（2）摇臂———凸轮罩。

当摇臂———凸轮罩用简单的薄钢板冲压成，并用螺钉直接将它固紧在气缸盖而没有采取措施时，摇臂———凸轮罩就是一个噪声源。

（3）进排气歧管。

它们是被螺钉直接固定在气缸盖上，当气缸盖振动时就会产生噪声。

二、发动机噪声控制策略噪声会对环境带来极大的危害，因此在柴油发动机的设计、使用以及维护过程中都应当注意降低噪声。

具体来说，可以采取如下策略：（一）气流引发噪声的控制策略。

目前，柴油发动机的排气噪声已经成为众矢之的。

为了降低排气噪声，可以在排气管出口安装消音灭火器。

消音灭火器内有一个膨胀室，膨胀室是一个直径很大的圆筒，当废气进入膨胀室后，膨胀室的体积增大而压力降低，当膨胀室内趋于平衡时，就会大大降低气流的波动，从而降低排气噪声。

此外，在近几年的理论研究和试验中发现的积极降声方法主要是用与原来噪声异相的一个同样噪声来抵消刺耳的空气传播噪声级。

降低进气噪声，主要是减小进气管中气体随柴油发动机工作频率而产生的压力脉动。

为了减小压力脉动带来的噪声，可以采用增加进气管的管径和进气管壁厚度的办法解决。

（二）燃烧过程引发噪声的控制策略。

燃烧噪声与压力的高低呈正相关关系，当压力升高率在500－580kPa/ħA以上时，就会产生强烈的震音。

如果要降低燃烧噪声，必须将压力升高率控制在390kPa/ħA以下。

降低压力升高率可以采取如下策略。

一是精确控制喷入气缸内的燃油。

先预喷少量燃油进2011年第10卷第1期实现数据窗口打印的通用函数□王新【摘要】POWERBUILDER是信息系统开发常用的前端开发工具，独特的数据检索和处理控件是其优势所在。

本文的内容旨在说明如何利用非可视化控件DATASTORE以及共享函数SHAREDATA，设计能够对可视化控件DATAWINDOW中的列表数据进行打印输出的通用报表打印函数，以减少开发的工作量。

【关键词】DATAWINDOW CONTROL；DATASTORE；DATAWINDOW OBJECT；数据共享；报表打印【作者简介】王新（1961．12 ），河南焦作人；北京物资学院副教授；研究方向：计算机应用和图书馆自动化在POWERBUILDER开发环境中，数据窗口对象（DATAWINDOW OBJECT）是数据处理系统开发者使用的主要对象，通过嵌入在数据窗口控件（DATAWINDOW CON-TROLL）内，实现对数据的各种操作。

与其功能相似的控件DATASTORE，是一个不可视数据容器控件，并不具有对数据处理和加工的功能，但具有查询检索数据的功能，可以和DATAWINDOW共享数据。

利用系统提供的数据窗口属性修改方法，实现可视数据窗口和不可视数据存储之间的数据交换和共享，再利用DATASTORE的打印功能，将对报表输出的有关的格式和参数通过函数的方法加以修改，设计通用的数据窗口后台打印函数，实现数据窗口控件中所显示的报表打印输出。

入气缸，然后再将大量燃油喷入，从而降低压力升高率。

如果是极端情况，预喷燃油会使辐射噪声降低5．5dB。

二是采用吸入燃油空气混合气加正常喷油的方法，可以起到与上述方法类似的效果。

三是减少喷油提前角，这是降低燃烧噪声比较有效的方法。

延迟喷油定时对大多数性能优化的柴油发动机是有利的。

当对性能优化的喷油定时每延迟到10ħA 曲轴转角时，可以降低噪声6dB。

当然，也不能一味的减小喷油提前角，还需考虑对柴油发动机整体性能的影响。

（三）机械内部引发噪声的控制策略。

柴油发动机内部机械噪声主要与活塞的动力学特性有关，尤其是来自活塞的敲击，因此应想办法控制活塞的敲击。

可以在柴油发动机的活塞上设计、安装两只刮油环，并且装成相反方向，下刮油环尽可能的放在靠近活塞裙部的下端，由此可以在柴油发动机正常运转过程中，在上下油环之间形成一层厚厚的油膜，这层厚厚的油膜会起到阻尼的作用，从而大大降低柴油发动机的噪声，同时还不会明显的增加机油消耗。

（四）机械表面噪声的控制策略。

1.曲轴箱。

曲轴箱的噪声主要来自于主轴承隔板之间平板的振动，因此可以通过加强柴油发动机的刚性或者降低弯曲模态振幅的阻尼结构，在减小振动传递的同时降低噪声。

其次，增加曲轴箱的厚度可以降低噪声，同时为了减轻质量，可以选用金属材料镁。

一般来说，厚截面的柴油发动机比一般的铸铁发动机的噪声降低约10dB。

另外还可以在壁面设置加强筋，加强筋的高度至少是板厚的2 3倍，并应处于能切断噪声辐射的位置。

所以应仔细设计，在最大限度的降低噪声的前提下，做到质量最轻。

2.摇臂—凸轮罩。

摇臂—凸轮罩的固有频率约为lkHz，降低这些噪声源的方法有阻尼、隔振、采用代用材料和质量负荷以提高机械表面的振动频率等等。

用三层材料粘合成的层压钢板具有非常高的阻尼系数，在某些用途上是很有效的。

3.进排气歧管。

将进气歧管的法兰通过6mm厚的聚氯丁橡胶粘到歧管体上，会产生明显的隔振效果。

排气歧管如果采用覆盖法，也会使噪声降低6dB以上。

（五）系统性振动引发噪声的控制策略。

在工程中，有时很难避免柴油发动机运行时产生的共振问题，因此常常采用增大系统阻尼或者用动力吸振器来减少柴油发动机的振动响应。

动力吸振器属于窄频带控制，其采用的粘性阻尼材料能耗很高。

当振动传递到粘性阻尼材料时，会在粘性材料内部产生拉伸、弯曲、剪切等变形，从而消耗大量的振动能量，使振动衰减。

采用阻尼技术减振的主要优点就是不必去改变原先的结构，不需要增加辅助设备和外部能源，占用的有效空间较小，这是一种前景广阔的减振降噪措施。

三、结语本文在分析柴油发动机噪声成因的基础上，提出了柴油发动机噪声的控制策略，以期增加工程机械的操作性和舒适性，提高工程机械工作效率，从而适应社会发展对柴油发动机的要求，并为如何控制和降低工程机械的其他系统和部件的噪声提供参考。

【参考文献】［1］谢娟．工程机械的噪声污染与控制［J］．筑路机械与施工机械化［2］张家栋．军用工程机械试验学［M］．北京：海洋出版社一、报表和数据处理格式（一）常用报表输出格式。

在信息系统开发的过程中，报。