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發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲來源

2018-04-05 22:00:45·  來源:發(fā)動(dòng)機(jī)  
 
按照噪聲輻射的方式來分,可把發(fā)動(dòng)機(jī)的主要噪聲源分為直接向大氣輻射和通過發(fā)動(dòng)機(jī)表面向外輻射兩大類。
發(fā)動(dòng)機(jī)是多聲源的復(fù)雜動(dòng)力機(jī)械,按照噪聲輻射的方式來分,可把發(fā)動(dòng)機(jī)的主要噪聲源分為直接向大氣輻射和通過發(fā)動(dòng)機(jī)表面向外輻射兩大類。
一、直接向大氣輻射的噪聲源有進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲和風(fēng)扇噪聲。它們是由氣流的振動(dòng)而產(chǎn)生的空氣動(dòng)力噪聲。柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中的增壓器及掃氣泵的噪聲,也包括在進(jìn)氣噪聲中。

二、發(fā)動(dòng)機(jī)表面向外輻射的噪聲,是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),內(nèi)部結(jié)構(gòu)的振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲,通過發(fā)動(dòng)機(jī)的外表面以及與發(fā)動(dòng)機(jī)外表面剛性連接的零部件的振動(dòng)向大氣輻射的,因此叫做發(fā)動(dòng)機(jī)的表面噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)的表面噪聲,根據(jù)產(chǎn)生的機(jī)理,可分為燃燒噪聲和機(jī)械噪聲。
1)、燃燒噪聲,是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),氣缸內(nèi)周期性變化的氣體壓力的作用而產(chǎn)生的。它主要由發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒方式和燃燒速度來決定。+U+/8
2)、機(jī)械噪聲,是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),各運(yùn)動(dòng)件之間以及運(yùn)動(dòng)件與固定件之間由周期性變化的機(jī)械作用力的作用而產(chǎn)生的。它與激發(fā)力的大小、運(yùn)動(dòng)件的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。

應(yīng)該指出的是,燃燒噪聲和機(jī)械噪聲是很難嚴(yán)格區(qū)分的。部分機(jī)械噪聲也是發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒間接激發(fā)的噪聲,例如氣缸內(nèi)燃燒所形成的壓力振動(dòng)通過缸蓋、活塞 ——連稈——曲軸——機(jī)體向外輻射的噪聲也是由燃燒激發(fā)。將活塞對(duì)缸套的敲擊、正時(shí)齒輪、配氣機(jī)構(gòu)、油泵系統(tǒng)等運(yùn)動(dòng)件之間機(jī)械撞擊所產(chǎn)生的振動(dòng)激發(fā)的噪聲叫做機(jī)械噪聲。
發(fā)動(dòng)機(jī)的型式不同,其各噪聲源所占發(fā)動(dòng)機(jī)總噪聲的比例也不同。柴油機(jī)的主要噪聲源是燃燒噪聲:汽油機(jī)的主要噪聲源是進(jìn)、排氣噪聲和配氣機(jī)構(gòu)噪聲;風(fēng)扇噪聲在風(fēng)冷汽油機(jī)中是主要噪聲源之一。

1)燃燒噪聲
四沖程發(fā)動(dòng)機(jī)工作循環(huán)由進(jìn)氣、壓縮、燃燒和排氣行程構(gòu)成,從點(diǎn)火開始到燃燒結(jié)束期間是燃燒噪聲的主要產(chǎn)生期,快速燃燒仲擊和燃燒壓力振蕩構(gòu)成了氣缸內(nèi)壓力譜的中高頻分量。燃燒噪聲是具有一定帶寬的連續(xù)頻率成份,在總噪聲的中高頻段占有相當(dāng)比重。一般來說柴油機(jī)缸內(nèi)壓力較高,且壓力增長(zhǎng)率最大值遠(yuǎn)高于汽油機(jī),所以柴油機(jī)的燃燒噪聲遠(yuǎn)高于汽油機(jī)。通常吧燃燒時(shí)氣缸壓力通過活塞、連桿、主軸承傳至發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體以及通過汽缸蓋等引起內(nèi)燃機(jī)結(jié)果表面振動(dòng)而輻射的噪聲稱為燃燒噪聲,柴油機(jī)工作時(shí)燃燒室在極短時(shí)間內(nèi)發(fā)生高溫高壓的燃燒,激急速地釋放出能量,這種急劇的壓力升高激發(fā)起發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng),從而輻射出噪聲,很明顯,氣缸壓力是燃燒噪聲的強(qiáng)制力,因此燃燒噪聲與氣缸壓力有函數(shù)干系,此外還與發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)果的剛度,發(fā)動(dòng)機(jī)表面的聲輻射效應(yīng)及周圍空氣的傳遞特性油管
柴油機(jī)的燃燒過程通常分為四個(gè)階段—著火延遲期、急燃期、緩燃期和后燃期。氣缸壓力與燃燒噪聲都是周期現(xiàn)象,氣缸壓力 的頻率成分支配燃燒噪聲的頻率成分。

將氣缸壓力與燃燒噪聲都進(jìn)行傅里葉分析可以了解到聲壓級(jí)與氣缸壓力級(jí)有明顯的依賴關(guān)系是在較高的頻率段,不管從壓力的曲線圖還是頻譜圖上分析,很顯然降低燃燒噪聲的關(guān)鍵是控制燃燒壓力的升高率,也就是說,柴油機(jī)應(yīng)力求選用柔和的工作過程,壓力升高率取決于著火延遲和燃料噴射規(guī)律,因此,降低燃燒噪聲的一般方法有兩個(gè)方面:
①提高壓縮比,適當(dāng)延遲噴油提前角,使用十六烷值高的燃料,這類促使用于縮短著火延遲期
②減小初期的燃料噴射率,利用進(jìn)氣渦流減少著火前的可燃混合氣量。

2)進(jìn)氣噪聲
進(jìn)氣噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要空氣動(dòng)力噪聲之一,它是由進(jìn)氣門的周期性開啟與閉合而產(chǎn)生的壓力起伏變化而形成的。當(dāng)進(jìn)氣門開啟時(shí),在進(jìn)氣管中產(chǎn)生一個(gè)壓力脈沖,而隨著活塞的繼續(xù)運(yùn)動(dòng),它受到阻尼;當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉時(shí),同樣產(chǎn)生一個(gè)有一定持續(xù)時(shí)間的壓力脈沖。于是產(chǎn)生了周期性的進(jìn)氣噪聲。其噪聲頻率成分主要集中在 200 HZ以下的低頻范圍。與此同時(shí),當(dāng)氣流以高速流經(jīng)進(jìn)氣門流通截面時(shí),產(chǎn)生湍流脫體,導(dǎo)致高頻噪聲的產(chǎn)生,由于進(jìn)氣門通流截面是不斷變化的,因此湍流噪聲具有一定的頻率范圍,主要集中在 1000 HZ以上的高頻范圍。進(jìn)氣管空氣柱的固有頻率與周期性進(jìn)氣噪聲的主要頻率相一致時(shí),空氣柱的共振噪聲在進(jìn)氣噪聲中也會(huì)較為突出。

3)排氣噪聲
排氣噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲中最主要的噪聲源,其噪聲一般要比發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)噪聲高出10~15dB(A)。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣屬高溫(800~1000D)、高壓(3一個(gè)大氣壓)氣體。排氣過程一般分為兩個(gè)階段,即自由排氣階段和強(qiáng)制排氣階段。發(fā)動(dòng)機(jī)廢氣從排氣門高速?zèng)_出,沿著排氣歧管進(jìn)入消聲器,最后從尾管排入大氣,在這一過程中產(chǎn)生了寬頻帶的排氣噪聲。
排氣噪聲包含了復(fù)雜的噪聲成分:
以單位時(shí)間內(nèi)排氣次數(shù)為基頻的排氣噪聲,其基頻可由下式計(jì)算:
f=Gn/ 60
式中G為氣缸數(shù);n為轉(zhuǎn)速n;j為沖程數(shù),四沖程j=2,二沖程j=1;
排氣管內(nèi)氣柱共振噪聲,其頻率可由下式計(jì)算:
f=(2i-1/2)*(c/l),式中pS"-]O
c為當(dāng)?shù)芈曀伲? l為氣柱長(zhǎng)度, i為 l,2,3……等;
還有排氣歧管處的氣流吹氣噪聲;廢氣噴注和沖擊噪聲;氣缸的共振噪聲;卡門渦流噪聲及排氣系統(tǒng)內(nèi)部的湍流噪聲等都在排氣噪聲中占有一定比例。

影響發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲的主要因素有:氣缸壓力、排氣門直徑、發(fā)動(dòng)機(jī)排量及排氣門開啟特性等。對(duì)同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)來說,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷是影響其排氣噪聲的最主要因素。

4)摩擦振動(dòng)噪聲
凸輪和搖臂(或挺柱)之間在很大的正壓力下進(jìn)行相對(duì)滑移,因此存在很大的摩擦力。這種摩擦力可激發(fā)起摩擦振動(dòng)產(chǎn)生噪聲。一般情況下,這種噪聲分布在很廣的頻率范圍,屬子寬頻帶噪聲。
5)氣門桿與搖臂的撞擊噪聲B@9
由于發(fā)動(dòng)機(jī)可達(dá)很高的工作溫度,必須考慮配氣機(jī)構(gòu)各個(gè)傳動(dòng)零件的熱膨脹。未采用液壓挺柱的配氣機(jī)構(gòu)中,常溫下在氣門桿與搖臂之間必須留有氣門間隙。開啟氣門時(shí),搖臂越過氣門間隙才能壓迫氣門桿運(yùn)動(dòng),這就產(chǎn)生了撞擊發(fā)出噪聲,其噪聲的基頻可通過下式計(jì)算得到:
f= Gnj/60QY" 6"
式中,G為發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸數(shù);"5tO
n為發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速;1q
j為行程系數(shù),四行程汽油機(jī)j=2。

6)氣門落座噪聲
打開的氣門依靠彈簧的作用力回復(fù)到關(guān)閉狀態(tài),在這種強(qiáng)大的作用力下,氣門與氣門座將產(chǎn)生撞擊,發(fā)出噪聲。其基頻也可由f=Gnj/60計(jì)算得到,式中各符號(hào)意義同上;其頻譜峰值出現(xiàn)在氣門座缸蓋系統(tǒng)的固有頻率附近。

7)機(jī)體表面輻射噪聲
發(fā)動(dòng)機(jī)每一個(gè)零件都是一種結(jié)構(gòu),都會(huì)在激振力的作用下發(fā)生振動(dòng)。振動(dòng)的結(jié)構(gòu)表面會(huì)輻射噪聲,故稱為機(jī)體表面輻射噪聲。無論是發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒噪聲,還是機(jī)械噪聲最終都要通過發(fā)動(dòng)機(jī)表面振動(dòng)來輻射?,F(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)表面輻射噪聲的能量主要集中在1600Hz 到 2000Hz。 
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