汽车内燃机排气噪声分析

    刘长生

    摘 要：当前世界最主要的危害是大气污染和水污染。然而，随着工业的不断发展，噪声污染成为世界三大危害之一，从而被人们广泛关注。内燃机噪声是交通运输设备产生的，其最主要的表现形式为燃烧噪声和排气噪声。因此，内燃机生产企业、研发机构需要不断研究排气噪声的形成原理，找出主要的影响因素，从根本上找到解决途径，实施一系列的解决措施，从而降低排气噪声的污染。

    關键词：内燃机；污染；排气噪声

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.063

    随着科技和经济的快速发展，人们对生活品质的要求越来越高，随之而来的污染问题也给我们造成了较大的危害和影响，特别是汽车工业的发展，带了的不仅是大气污染，同时噪声污染也越来越得到政府和人们的关注。因此，提升科技水平，减少内燃机在工作过程中的噪音、提高汽车隔音效果，降低噪音向外传递，提高人们的生活舒适性，便具有重要的工程意义。

    1 汽车内燃机排气噪声的现状

    人们对内燃机的效率问题越来越关注，汽车企业逐步提高内燃机的效率，提高内燃机中科技含量。我国逐步改进汽车行业的能源动力问题，积极引进新能源技术，逐渐取代内燃机作为汽车用动力设备，从而减少内燃机的使用数量，因此减少噪声来源，同时满足社会的低碳要求。与我生活密切相关也是接触最多的是小轿车和卡车，从噪音角度来说，小轿车产生的影响较小，卡车产生的影响较大。作为卡车动力，柴油内燃机和燃气内燃机需要由强劲的动力性和爆发力，即所谓的动力性能强劲，但随之而来的噪声—排气噪声也是让人们闻而生畏。

    2 汽车内燃机排气噪声的来源

    内燃机排气噪声主要包括排气系统的管道噪声、消声器外壳机械震动引起的噪声及排气口辐射的噪声等，来源于内燃机内的所有零件。我们需要了解噪声的主要产生原理，从而降低噪声的排放，减少机械的震动和摩擦。

    首先，内燃机排气具有一定的周期性，废气气流（发动机燃烧后产生气体流动），最终通过排气门排出。在排气过程中，废气气流在排气门处也具有周期性变化，因而产生较大的噪音。内燃机排气门位置和气门间隙对噪声的产生具有很大的影响。

    其次，高速、高压的排气气流通过排气门及排气口时也会造成一定的声音，流经气门杆时还会发生脱流现象，排气气流在排气管中流动时会与管壁摩擦，同样产生较大的声音，这都是造成噪音的主要原理。

    最后，亥姆霍兹共振噪声是引起汽车内燃机噪声的主要原理组成，他的共振频率参数主要由空腔体积、管道的截面积及长度组成。当排气门打开时，气缸与排气管道形成一个完整的亥姆霍兹空腔，从而引发了一系列噪声，提升了燃烧的负荷，影响了排气噪声的频率特性。

    3 汽车内燃机排气噪声的主要影响因素

    汽车内燃机排气噪声主要的影响因素包括很多方面，包括发动机的转速高低、负荷大小等。第一，内燃机低转速小负荷工作时，则降低了所有工作过程，减小了噪声排放，减少了声压的提升速率。在每一个工作循环过程中，如果保持燃料的消耗量和空气的进入量不变，那么降低转速后，噪声频率会变得密集，频率也会逐渐向低频方向转移。第二，在柴油机中，如果保持转速不变，那么排气噪声随着功率的减小而减小，与循环中进入的空气量无关，同内燃机的负荷无关，而与消耗的燃料量相关。在汽油机每一个循环中，功率降低则其吸入的燃油量和空气量也会随之降低，从而排气噪声减少。第三，当内燃机的排气量减少时，排气噪声也会随之减少和降低，而他的排气量每增加一倍，大约增加七分贝的排气噪声。第四，有的内燃机会采用涡轮增压的方法降低排气噪声，原因是增压后使得功率增加而燃油消耗不变。因此，在同等负荷下，需要的燃油量降低，从而减少噪音排放。

    4 汽车内燃机排气噪声的控制

    4.1 降低排气噪声源头

    经过研究发现，排气噪声的影响因素有很多，内燃机企业应当从源头上解决噪声的产生情况，围绕着活塞与缸壁发现其相对运动的产生条件，想出一些积极的解决措施。企业可以就活塞方面做出一定的调整，适当地减少活塞与气缸壁之间的间隙，降低摩擦阻力。还可以将活塞的销孔偏移向主推力方向，使活塞在上止点接触面转变的时间和气缸压力增加的时间相错开；将活塞的高度得以适当地增加，减少活塞环的个数，可以有效地降低活塞的温度，从而解决整个系统的刚度问题，提供良好的润滑条件，降低噪声的污染。内燃机企业可以在调节气缸压力方面实施有效策略，噪声的大小与燃烧室的结构、供油系统的参数和喷油规律及燃料的具体特征相关，选择好以上参数，可以改变混合气的混合形式，降低气缸压力的升高频率，减少燃烧噪声的产生。

    4.2 限制排气噪声传播途径

    近年来，我国对排气噪声传播途径的研究越来越多，发现其主要由消声材料和排气消声技术组成。现在消声材料应用最广的是不锈钢板和铝板，而复合阻尼材料是现在发展最迅速的材料之一，它有效地保障了内燃机的机械性能，吸收了不同频率的噪声。同时，排气消声技术最主要体现便是消声器和浮筏减震设备。消声器是降低空气噪声的有效措施，主要分为阻性、损耗、抗性及扩散消声器，有效地提高了声音的频率，增强了他们对声音的选择性，严格控制了排气噪声的排放量，提高消声器的消音特性。浮筏减振设备主要用于动力设备的减震降噪，有效地控制了主机系统和辅助系统的机械振动情况，从而减少辐射噪声的产生。

    5 结束语

    当前，我国越来越重视汽车内燃机排气噪声带来的影响，提出了一系列改进措施。汽车企业从源头发现内燃机排气噪声的产生原理，分析出其主要的产生原因，找寻到排气噪声的主要影响因素，从而从根本上对内燃机构造进行改善，制定一系列的解决措施。社会在不断地发展，汽车企业应不断研究和改进内燃机的组成和构造，提升排气消声技术的发展，为我们的美好生活奠定良好的基础。

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