導(dǎo)語(yǔ)

NVH指標(biāo)已成為評(píng)價(jià)汽車產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計(jì)能力的關(guān)鍵指標(biāo)之一，近些年來(lái)逐漸成為車企業(yè)重要的關(guān)注重點(diǎn)。目前，發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲水平對(duì)整車的貢獻(xiàn)較大，是整車振動(dòng)噪聲的主要振源和噪聲源[1]，控制發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲水平，有利于提高整車的聲品質(zhì)，降低整車噪聲。

國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家自上世紀(jì)60年代末和70年代初紛紛以法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)的形式來(lái)控制車輛噪聲，歐共體自1969年制定噪聲法規(guī)以來(lái)已經(jīng)修改4次，限值變化8-12dB，日本自1971年制定噪聲法規(guī)來(lái)已經(jīng)修改10次，限值變化8-10dB，美國(guó)1970年制定噪聲法規(guī)來(lái)已經(jīng)修改4次，中國(guó)1979年頒布的GB 1495-79《機(jī)動(dòng)車輛允許噪聲》和GB 1496-79《機(jī)動(dòng)車輛噪聲測(cè)量方法》， 1980年實(shí)施GB1859-1980《內(nèi)燃機(jī)噪聲測(cè)量方法標(biāo)準(zhǔn)》，現(xiàn)行的 GB/T1859-2000《往復(fù)式內(nèi)燃機(jī) 輻射空氣噪聲測(cè)量工程法及簡(jiǎn)易法》，GB14097-1999《中小功率柴油機(jī)噪聲限制》，GB15739-1995《小型汽油機(jī)噪聲限制》等一系列標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對(duì)行業(yè)主管部門控制汽車噪聲的過(guò)快增長(zhǎng)、促進(jìn)生產(chǎn)企業(yè)和社會(huì)公眾提高環(huán)保意識(shí)起到了積極作用。隨著汽車工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、激烈的國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)，人們對(duì)環(huán)境和乘車舒適性要求的提高，都呼喚著我國(guó)須盡快修改完善汽車噪聲標(biāo)準(zhǔn)體系。近30年來(lái)，人們?cè)诎l(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲機(jī)理和降噪技術(shù)領(lǐng)域中，無(wú)論是噪聲源識(shí)別、低噪聲燃燒系統(tǒng)、低噪聲結(jié)構(gòu)優(yōu)化、阻尼降噪技術(shù)以及零部件降噪技術(shù)等方面取得了令人滿意的結(jié)果，對(duì)于各種車輛噪聲普遍降低了10dB左右[2,3]，盡管如此，就發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展而言，最具挑戰(zhàn)的還是解決排污和噪聲，目前要求減少發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的壓力除了表現(xiàn)在日益嚴(yán)格的法規(guī)上外，客戶對(duì)舒適性的重視也推動(dòng)各個(gè)廠家去提高自己產(chǎn)品的NVH性能。

發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況下的1m噪聲級(jí)與轎車或者卡車的行駛噪聲之間有一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的平均衰減差值，因此發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定工況下的1m噪聲級(jí)必須控制在95-97dB(A)之間才能可靠的滿足原歐工體噪聲法規(guī)定的轎車77dB(A)卡車83/84 dB(A)的要求，而為了滿足歐洲共同體最新的噪聲法規(guī)規(guī)定的噪聲轎車噪聲74dB(A)和和卡車79/80 dB(A)的要求，即使在考慮了各種降噪措施后發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定工況下的1m噪聲級(jí)必須控制在93-95dB(A)之內(nèi)。

對(duì)乘用車而言，發(fā)動(dòng)機(jī)在標(biāo)定條件下，其1米噪聲一般控制在94-96dB(A)，不超過(guò)96dB(A)。若整車未采取額外的屏蔽措施，則發(fā)動(dòng)機(jī)1m噪聲還應(yīng)控制在94-95dB(A)或以下。如今，隨著技術(shù)的進(jìn)步和法規(guī)的發(fā)展，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的1m噪聲提出了更高的要求。

目前，我國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)1m噪聲水平還很難達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品的水平，汽油機(jī)一般在96dB(A)以上，柴油機(jī)一般在100dB(A)以上，發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲水平整體偏高。發(fā)動(dòng)機(jī)的很多振動(dòng)噪聲問(wèn)題都是設(shè)計(jì)出來(lái)以后才發(fā)現(xiàn)的，設(shè)計(jì)人員往往忽視了在設(shè)計(jì)起始階段就應(yīng)該考慮的振動(dòng)噪聲問(wèn)題。

發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的控制



圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)傳遞和噪聲輻射簡(jiǎn)圖

圖1為發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)傳遞和噪聲的輻射簡(jiǎn)圖，總的來(lái)說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲主要可分為三類：燃燒噪聲、流體動(dòng)力噪聲、機(jī)械噪聲。進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲、風(fēng)扇噪聲屬于流體動(dòng)力噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒爆發(fā)壓力產(chǎn)生燃燒噪聲，內(nèi)部零件在運(yùn)動(dòng)機(jī)械力作用下產(chǎn)生機(jī)械噪聲,機(jī)械噪聲主要是活塞敲擊噪聲、氣門機(jī)構(gòu)噪聲、供油噪聲和齒輪噪聲。燃燒噪聲、流體動(dòng)力噪聲、機(jī)械噪聲最終通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的表面輻射出去，發(fā)動(dòng)機(jī)的表面輻射頻率一般在1600-3000HZ之間，控制該頻段的噪聲對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)降噪及其重要。

振動(dòng)噪聲的控制往往離不開對(duì)激勵(lì)源、傳遞路徑、響應(yīng)三個(gè)方向?qū)φ駝?dòng)噪聲的消除和阻隔，目前主要采取主動(dòng)和被動(dòng)的控制方式來(lái)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲，主動(dòng)的控制方式主要是從控制激勵(lì)源，被動(dòng)的控制方式主要是在振動(dòng)噪聲的主要傳播路徑上對(duì)其控制以達(dá)到阻隔和削弱振動(dòng)噪聲的輸出響應(yīng)。

（1）主動(dòng)控制方式是最直接的控制方式：比如可以采取提高燃燒室的溫度，縮短滯燃期，提高了進(jìn)氣溫度和燃燒室溫度，提高預(yù)噴時(shí)間隔和預(yù)噴量等措施來(lái)降低燃燒噪聲。采用活塞銷孔偏置，如向主推面偏移，減小活塞冷態(tài)配缸間隙，采取調(diào)節(jié)活塞，采用橫向隔熱槽降低機(jī)械噪聲，通過(guò)消聲器來(lái)降低進(jìn)排氣系統(tǒng)的流體動(dòng)力噪聲。另外，通過(guò)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，降低發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)，通過(guò)減小激勵(lì)力的幅值，避免激勵(lì)頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)頻率重合或者接近，提高模態(tài)剛度和阻尼可以有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)。不管何種措施控制目標(biāo)是降低機(jī)體表面振動(dòng)速度和聲輻射。

（2）被動(dòng)的控制方式是最易于實(shí)現(xiàn)且最方便的控制方式，特別是在結(jié)構(gòu)定型的情況下。比如采取屏蔽措施，發(fā)動(dòng)機(jī)表面噪聲阻隔在屏蔽空間內(nèi)，增加噪聲在傳播過(guò)程中的衰減，采用隔聲罩，在管路中采用消聲器、基礎(chǔ)間加裝隔振器，在殼體外粘貼黏彈性材料以及在金屬件間加入隔聲材料和吸聲材料等，新材料新技術(shù)的運(yùn)用對(duì)于降低振動(dòng)噪聲水平起著十分重要的推進(jìn)作用，近年來(lái)發(fā)展的聲子晶體技術(shù)、電磁流變技術(shù)、新型高阻尼合金等都有逐漸應(yīng)用在降噪減振領(lǐng)域，并且取得了良好的效果。
通常噪聲的控制是主動(dòng)和被動(dòng)控制的結(jié)合，在主動(dòng)難以實(shí)現(xiàn)的情況下，采用被動(dòng)方式，特別是對(duì)于已經(jīng)設(shè)計(jì)成型的產(chǎn)品，采用被動(dòng)的降噪方式可以降低噪聲的同時(shí)達(dá)到降低改造成本。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，專業(yè)的發(fā)動(dòng)機(jī)模擬仿真軟件GT-POWER、機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析軟件EXCITE,有限元分析軟件NASTRAN，LMS.virtual lab等的應(yīng)用,大大提高了低噪聲發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)的效率，成為開發(fā)低噪聲發(fā)動(dòng)機(jī)的重要工具。在發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)階段采取試驗(yàn)和仿真相結(jié)合的手段，合理優(yōu)化結(jié)構(gòu)，降低結(jié)構(gòu)共振風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)主要部件和整機(jī)進(jìn)行模態(tài)分析和聲輻射分析，從而從源頭上達(dá)到最優(yōu)的NVH性能。

發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲控制目標(biāo)



近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)在車內(nèi)外的噪聲控制主要是從降低聲壓級(jí)的角度出發(fā)，大多采取聲壓級(jí)來(lái)評(píng)價(jià)噪聲，這樣的評(píng)價(jià)方法并不能真實(shí)的反應(yīng)產(chǎn)品的NVH性能，聲壓級(jí)大的不一定聽(tīng)起來(lái)不舒服，聲壓級(jí)小的也不一定悅耳，因?yàn)橥瑯哟蟮穆晧杭?jí)所展現(xiàn)的聲音質(zhì)量是不同的，我們用聲品質(zhì)[4]來(lái)描述聲音質(zhì)量這一概念，有些感覺(jué)舒適悅耳，有些令人厭惡，不可接受，人對(duì)噪聲的感受不僅僅取決于聲壓級(jí)，還有聲音的響度，尖銳度，粗糙度，等與頻率分布有關(guān)的參數(shù)，國(guó)外在評(píng)價(jià)NVH性能時(shí)往往是主觀客觀相結(jié)合，比如國(guó)外在進(jìn)行聲音主觀評(píng)價(jià)時(shí)將其劃分10個(gè)不同等級(jí)，對(duì)每個(gè)等級(jí)進(jìn)行打分，由專業(yè)的聲品質(zhì)評(píng)價(jià)工程師進(jìn)行評(píng)價(jià)，在結(jié)合客觀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)給沖綜合評(píng)價(jià)，總的來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲控制既要降低聲壓級(jí)還要保證聲壓級(jí)隨著轉(zhuǎn)速變化的線性關(guān)系，同時(shí)應(yīng)該讓聲音頻率的基礎(chǔ)幅值分量分布均勻，避免個(gè)別頻率幅值特別突出。做好各零部件之間的模態(tài)匹配以及控制系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的匹配，根據(jù)整車的NVH水平目標(biāo)，合理的安排發(fā)動(dòng)機(jī)的NVH目標(biāo)，在開發(fā)過(guò)程中設(shè)置模態(tài)管理的目標(biāo)，抓住主要振動(dòng)噪聲的主要貢獻(xiàn)源，有的放矢，做到動(dòng)力性、可靠性、振動(dòng)舒適性的、經(jīng)濟(jì)性的綜合考量。

總結(jié)

發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲控制是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要各個(gè)子部件之間良好的匹配，在提高加工和裝配質(zhì)量的同時(shí)還要管理好模態(tài)，控制好激勵(lì)力，優(yōu)化好傳播途徑，優(yōu)先優(yōu)化主要激勵(lì)源，從而設(shè)計(jì)出高聲品質(zhì)的發(fā)動(dòng)機(jī)。