内燃机噪声源的形成及其控制措施

内燃机噪声源的形成及其控制措施曹志芬（漳州职业技术学院，福建漳州363000）摘要：根据内燃机噪声产生的性质不同，分别对噪声源的形成进行分析，探讨降噪的相应措施。

关键词：内燃机；机械噪声；燃烧噪声；气体动力噪声中图分类号：TK401文献标识码：A 文章编号：1000-6494（2008）06-0043-04The Formation of Noise Source and the Measure to Control ItCAO Zhi-fen(Zhangzhou Institute of Technology,Zhangzhou 363000,China)Abstract:According to different properties of noise produced in internal combustion engine,this paper analyses separately the formation of noise source and studies the relevant measures.Key words:internal combustion engine;mechanical noise;combustion noise;noise of gas power随着世界工业化和经济一体化的不断加快，世界能源危机和环境污染问题日趋严重，可持续发展的呼声越来越高，节约能源，保护生态环境，减少污染已成为世界各国的共识。

噪声污染是当今世界三大公害之一，据国外有关资料表明，城市噪声的70%来源于交通噪声,而交通噪声主要是汽车噪声，约占交通噪声的80%左右,内燃机噪声和振动对汽车整车的噪声有着决定性的影响。

因此，内燃机噪声是城市环境噪声污染的主要声源,其在生理和心理两方面都对人类产生严重的危害。

为此应对内燃机噪声进行控制，从声源控制、噪声传播路径控制方面入手，积极采取降噪技术措施。

1主要噪声源的形成及其控制措施内燃机是以周期性完成工作循环的动力机，这种周期性包括空气工质运动以及发出动力的周期性，因而就形成了空气运动和机械部件的振动激励源，从而引起噪声。

内燃机噪声按产生的性质可分为气体动力噪声、燃烧噪声、机械噪声三种，气体动力噪声主要是在进气和排气过程中产生，它直接向大气幅射，而机械噪声和燃烧噪声则是通过内燃机的外表面向外幅射。

通常柴油机噪声较汽油机高，非增压内燃机噪声较增压机高，风冷内燃机噪声较水冷机高些。

1.1燃烧噪声燃烧噪声是内燃机噪声的主要声源，气缸内可燃混合物燃烧而引起气体压力周期性的急剧变化，使活塞、气缸盖、气缸体、连杆、活塞销、曲轴等零件受到一定强度的动力载荷，从而产生结构振动和噪声，通过缸盖、活塞、连杆、曲轴、机体向外幅射。

燃烧噪声与内燃机的燃烧方式和燃烧速度密切相关,由于燃烧过程进行的方式不同，在汽油机中，如果发生爆燃和表面点火等不正常燃烧时，将产生较大的燃烧噪声。

在柴油机的燃烧过程中，滞燃期对燃烧过程影响很小，在急燃期内由于燃烧室内气体压力急剧上升，致使发动机各部件振动而引起噪声，压力升高率是激发燃烧噪声的一个根本困素。

汽油机由于热力工作过程较为柔和平稳，最高爆发压力低，因此汽油机的燃烧噪声比柴油机小。

1.1.1燃烧噪声的主要影响因素1.1.1.1结构因素燃烧室的结构型式及整个燃烧系统的设计对压力升高率、最高燃烧压力及气缸压力频谱曲线有明显的影响,故对燃烧噪声的影响很大，影响滞燃期的因素也将直接影响燃烧噪声,因此要控制燃烧噪声，在设计燃烧系统时必须尽可能地缩短滞燃期。

一般而言，汽油机以半球形燃烧室噪声较高，浴盆形燃烧室较低。

柴油机用直接喷射式燃烧室比用间接喷射式燃烧室噪声要高，半分开式的球形燃烧室以油膜蒸发混合方式为主，压力升高率小，燃烧噪声最低。

作者简介：曹志芬（1962-），女，高级工程师，主要从事柴油机研发与教学工作。

收稿日期：2008-07-26内燃机Internal Combustion Engines第6期2008年12月No.6Dec.2008内燃机2008年12月试验表明用球形燃烧室代替涡流室和ω型燃烧室可使柴油机的总声压级降低3dB，高频振动频率f g处的声压级降低了11～15dB[1]。

1.1.1.2运转因素内燃机转速与负荷的变化，表明其工作过程的改变，因此所产生的噪声也必随着变化，但负荷对内燃机的噪声影响较小，转速对机械噪声的影响很大，而对燃烧噪声的影响处于次要地位。

一般直接喷射式燃烧室柴油机随转速及负荷的增加，其噪声也有较明显的提高，而间接喷射式柴油机与汽油机则影响较小，但各种类型的内燃机在加速状态运转时，由于工作过程变化突然，工况不稳定，必然工作粗暴，使噪声比在稳定状态运转大。

一般来说，加速使柴油机噪声增大A声压级2dB左右，汽油机增加幅度较小[2]。

1.1.1.3其它因素如发动机的压缩温度和压力、点火时间(或喷油时间)、喷油(点火)提前角、喷油速率、混合气的品质、燃料种类及其它能够影响压力升高率的因素都将影响燃烧噪声。

1.1.2降低燃烧噪声的主要途径一是从产生的根源上，降低气缸压力频谱曲线，特别是降低中频、高频的频率成分，对燃烧过程进行合理组织，缩短滞燃期或减少滞燃期内形成的可燃混合气量，采用较高十六烷值的燃料，组织适当强度的气流运动，选用噪声低的燃烧室，以降低气缸内的气体压力。

采用预喷射，不仅可以降低排放,还可以降低噪声和改善低温启动性能[3]。

另外采用增压技术是降低内燃机燃烧噪声的有效措施。

二是从传播途径上，增加内燃机结构对燃烧噪声的衰减，提高气缸体和气缸套的刚度，采用非金属材料及隔振、隔声等措施，减小活塞曲柄连杆机构各部分的间隙，增加油膜厚度等。

1.2机械噪声机械噪声是由于气体压力及机件的惯性作用，使相对运动零件之间产生撞击和振动而激发的噪声，它与激发力的大小和发动机结构动态特性等因素有关，机械噪声随转速的提高而迅速增加，内燃机在高速运转时机械噪声常常是主要的噪声源，随着内燃机的高速化，机械噪声越来越显得突出。

机械噪声主要有活塞敲击噪声、传动齿轮噪声、配气机构噪声、轴承噪声、供油系统噪声、不平衡惯性力引起的机体振动和噪声等，通常柴油机的机械噪声比汽油机高。

1.2.1活塞敲击噪声对气缸壁的敲击通常是内燃机最大的机械噪声源，活塞敲击噪声是发动机运转时，作用于活塞上的气体压力、惯性力、摩擦力发生周期性的变化时，活塞在曲轴的旋转平面内将受到一呈周期性变化的侧向力的作用，活塞在上、下止点附近受侧向力作用产生一个由一侧向另一侧的横向运动，从而形成活塞对缸壁的强烈敲击而产生的。

产生敲击的主要原因是活塞与气缸套之间存在较大的间隙，以及作用在活塞上的气体压力，因此敲击的强度主要取决于气缸的最高爆发压力和活塞与缸套之间的间隙。

降低活塞敲击噪声的措施有：采取活塞销孔向主推力面偏移1～2mm，减少敲击次数。

采用在活塞裙部开纵向槽，增加活塞裙部的弹性，减小导向部分的间隙。

采用椭圆锥体裙或桶面裙等方式来减小活塞与缸套的冷态配缸间隙并确保裙部与缸壁有充分的润滑，以减少敲击力和敲击噪声。

在保证密封和寿命的条件下，尽可能减少活塞环数目。

增加缸套的刚度（增加缸套厚度或带加强肋），不仅可以降低活塞的敲击声，也可以降低因活塞与缸壁摩擦而产生的噪声。

改进活塞和气缸壁之间的润滑状况，增加活塞敲击缸壁时的阻尼，也可以减小活塞敲击噪声。

1.2.2传动齿轮噪声传动齿轮的噪声是齿轮啮合过程中齿与齿之间的撞击和摩擦产生的。

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，使壳体激发出噪声。

此外，曲轴的扭转振动也会破坏齿轮的正常啮合而激发出噪声。

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。

齿轮噪声的控制：第一，选用合理的齿轮参数和结构形式，尽可能地提高齿轮的刚度，适当增加轮体的宽度，尽量采用整体轮体结构，提高齿轮加工精度，减小齿轮啮合间隙，对齿轮进行修缘能显著降低噪声。

第二，采用高内阻的齿轮材料或采用隔振措施，如用工程塑料齿轮代替原钢制齿轮后，整机噪声可降低约0.5dB左右，效果明显；合理设计齿轮箱，避免箱壁的固有频率与齿轮的啮合频率吻合，发生共振。

1.2.3配气机构噪声内燃机大都采用凸轮式气门配气机构，机构中包括凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、气门等零件。

配气机构中零件多、刚度差，在运动中易于激起振动和噪声，研究表明，内燃机低速时的配气机构噪声主要是气门开关时与气门座的撞击以及从动件和凸轮顶部的摩擦振44··动所产生的，高速时的配气机构噪声是由于气门的不规则运动所引起的。

配气机构噪声与气门机构的型式、气门间隙、气门落座速度、材料、凸轮型线、凸轮和挺柱的润滑状态、内燃机的转速等因素有关。

配气机构噪声的控制：减小气门间隙可减少因间隙的存在而产生的撞击，采用液力挺柱，可以从根本上消除气门间隙，减小振动降低噪声。

提高配气机构刚度，可使机构的固有频率提高，减小振动，缩小气门运动的畸变。

提高凸轮加工精度和表面粗糙度，选择性能优良的凸轮型线，如n 次谐波凸轮，减少共振的产生[1]。

1.2.4其它机械噪声供油系统噪声是由喷油泵和高压油管系统引起的,可分为流体性噪声和机械噪声，其中喷油泵的噪声主要是由周期性变化的柱塞上部的燃油压力、高压油管内的燃油压力和内燃机的往复运动惯性力激发泵体本身振动而引起的。

其噪声大小与转速、泵内燃油压力、供油量及泵的结构有关。

为了减少喷油泵的压力，可提高喷油泵的刚性，采用单体泵及选用损耗系数较大的材料做泵体，以减少因泵体振动而产生的噪声。

轴承本身噪声并不大，但它对整机的支承刚度和固有频率有较大的影响，轴承的振动又导致轴系的共振产生噪声，为控制轴承噪声，应提高轴承的制造精度和套圈的刚度，减小间隙，控制装配时的误差可有效降低轴承噪声。

内燃机轴系的振动是引发发动机结构和动力装置振动和噪声的主要激励源，在轴系上安装好的减振器既能防止振动向外界传播，还能削弱内燃机本身的振动和使噪声辐射衰减。

另外对气缸盖罩、正时齿轮室盖、油底壳、曲轴皮带轮等部件采取隔振和阻尼措施,降低辐射噪声。

１.3空气动力噪声空气动力噪声包括进气噪声、排气噪声、风扇噪声。

它是由于气体的非稳定流动过程，以及气体与物体的相互作用而产生的。

1.3.1进排气噪声进排气噪声是内燃机气体动力噪声之一，是内燃机最强的噪声源，同等功率的二冲程机比四冲程机的排气噪声大，柴油机一般比汽油机的排气噪声大，非增压机有较强的排气噪声，增压机在未装合适的空滤器时，进气噪声往往超过排气噪声，而成为强的噪声源。

1.3.1.1进排气噪声主要来源a.进排气门的开闭，使在管道中的气体周期性地产生压力和速度的波动，导致气流柱振动而发出低频噪声。