陳銀平

柴油機(jī)由于壓縮比高、壓力升高率大等原因，其噪聲比汽油機(jī)高得多。柴油機(jī)噪聲直接影響到其動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性，也影響到柴油機(jī)的使用壽命和周邊環(huán)境。一般柴油機(jī)的噪聲分為四類(lèi)：機(jī)械噪聲、進(jìn)排氣噪聲、風(fēng)扇噪聲和燃燒噪聲。下面分別介紹這四類(lèi)噪聲的產(chǎn)生機(jī)理及防治方法。

一、機(jī)械嗓音的機(jī)理及防治

機(jī)械噪聲是指零部件相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)、撞擊而發(fā)出的聲音，柴油機(jī)的機(jī)械噪聲主要包括活塞運(yùn)動(dòng)對(duì)缸套的敲擊聲、齒輪嚙合噪聲、凸輪式配氣機(jī)構(gòu)振動(dòng)撞擊聲、以及軸承振動(dòng)發(fā)出的噪聲等。

1．選擇合理的汽缸間隙，減小活塞缸套敲擊噪音

活塞對(duì)汽缸壁的敲擊，通常是發(fā)動(dòng)機(jī)的最大機(jī)械噪聲源。由于活塞與汽缸壁之間有間隙存在，作用在活塞上的氣體壓力、慣性力和摩擦力的方向又呈周期性變化，使活塞在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與汽缸壁的接觸從一個(gè)側(cè)面到另一個(gè)側(cè)面也相應(yīng)地發(fā)生周期性的變化。從而形成活塞對(duì)汽缸壁的強(qiáng)烈沖擊。特別在冷起動(dòng)時(shí)，由于活塞與缸壁之間的間隙較大，噪聲尤為明顯。這種沖擊振動(dòng)一方面從汽缸壁傳給曲軸箱，另一方面經(jīng)連桿、曲軸、再?gòu)钠л喌忍巶鞑コ鋈ァ?/p>

活塞的敲擊聲主要取決于汽缸的最大爆發(fā)壓力和活塞與缸壁之間的間隙，所以這種噪聲既與燃燒有關(guān)，又與發(fā)動(dòng)機(jī)的具體結(jié)構(gòu)有關(guān)。設(shè)計(jì)中可以采用合理的活塞結(jié)構(gòu)(如銷(xiāo)孔向主推力面偏置從而消減活塞對(duì)汽缸的拍擊、在活塞裙部鑲鋼片以減小其高溫變形等)、采用熱膨脹系數(shù)小的活塞材料等措施，都能有效降低活塞敲擊缸套產(chǎn)生的噪聲。

2．減小配氣機(jī)構(gòu)的噪聲

配氣機(jī)構(gòu)噪聲是由于氣門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉產(chǎn)生的撞擊及系統(tǒng)振動(dòng)而形成的噪聲。影響氣門(mén)開(kāi)、關(guān)噪聲的主要因素是氣門(mén)的運(yùn)動(dòng)速度。氣門(mén)在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)呈現(xiàn)不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，由于慣性力過(guò)大，以致超出了氣門(mén)彈簧的彈力而引起的。因此控制慣性力所激發(fā)的振動(dòng)，如合理設(shè)計(jì)凸輪線(xiàn)形、提高配氣機(jī)構(gòu)的剛度、減輕配氣機(jī)構(gòu)零件的質(zhì)量等都可以降低配氣機(jī)構(gòu)的噪聲。另外減小配氣機(jī)構(gòu)間隙，減小氣門(mén)尾部的撞擊聲，采用液壓挺桿也可以有效降低氣門(mén)開(kāi)、關(guān)噪聲。

如果能采用頂置凸輪軸，就可以在不使用推桿情況下大幅度減少運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，提高配氣系統(tǒng)剛性和固有振動(dòng)頻率，也是降低噪聲的一種有效途徑。特別是對(duì)于高速柴油機(jī)其效果更加明顯。

3．消除齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)噪聲

齒輪噪聲是柴油機(jī)噪聲的主要來(lái)源。齒輪噪聲比較復(fù)雜，它主要取決于齒輪的嚙合狀況。由于柴油機(jī)齒輪承受交變載荷，齒輪本身又存在著設(shè)計(jì)加工誤差，就很容易使齒輪軸產(chǎn)生變形，加重了軸承的負(fù)荷，并傳到齒輪室蓋及殼體。再加上曲軸振動(dòng)破壞了齒輪的正常嚙合，使噪聲加劇。據(jù)試驗(yàn)資料表明，一對(duì)嚙合齒輪的線(xiàn)速度增加一倍，噪聲將增加6dB；單位齒寬上的負(fù)荷提高一倍，噪聲將增加3dB。

防治齒輪嚙合噪聲的主要措施有：

(1)在進(jìn)行齒輪設(shè)計(jì)時(shí)，盡量選取小的參數(shù)。如小的模數(shù)、壓力角、外徑、齒側(cè)間隙等，并盡量增大齒寬。

(2)選擇合理的齒輪加工工藝，提高其加工精度。

(3)從結(jié)構(gòu)上選用整體式結(jié)構(gòu)，增加齒輪室蓋的厚度。采用加強(qiáng)筋、齒輪修緣、皮帶或鏈傳動(dòng)代替齒輪傳動(dòng)等。

二、進(jìn)排氣噪聲的機(jī)理及防治

進(jìn)氣噪聲的來(lái)源是空氣在進(jìn)氣管中的壓力脈動(dòng)。產(chǎn)生低頻噪聲；空氣高速流經(jīng)進(jìn)氣門(mén)流通截面時(shí)，形成渦流，產(chǎn)生高頻噪聲。由于進(jìn)氣門(mén)流通截面是變化的，這種渦流噪聲具有一定寬度的頻率分布。

減小進(jìn)氣噪聲的方法有兩種。一種是采用波紋管作為進(jìn)氣管可以減小壓力脈動(dòng)的強(qiáng)度及氣門(mén)通過(guò)截面處的渦流強(qiáng)度。另一種是匹配合適的空氣濾清器。實(shí)際上幾乎所有的空氣濾清器安裝之后都可以降低柴油機(jī)的噪聲，但只有通過(guò)試驗(yàn)匹配才能選出降幅最大的、最適合的空氣濾清器。

排氣噪聲的來(lái)源與進(jìn)氣噪聲相似。為了降低排氣噪聲應(yīng)合理選擇排氣管以免氣流共振，匹配排氣消聲器降噪效果也是很明顯的。排氣消聲器既要減小噪聲，又要使氣流順利通過(guò)。因此，一個(gè)好的消聲器除了具有好的消聲性能外，還需要有較好的空氣動(dòng)力性能和結(jié)構(gòu)性能。

此外，在使用過(guò)程中，要注意進(jìn)、排氣系統(tǒng)的緊固和接頭的密封狀況，以減小表面輻射噪聲和漏氣噪聲。

三、風(fēng)扇噪聲機(jī)理及防治

風(fēng)扇噪聲主要是由旋轉(zhuǎn)噪聲和渦流噪聲構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)噪聲由旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇葉片周期性地切割空氣引起空氣的壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的，以葉片通過(guò)頻率為基頻，并伴有高次諧波。渦流噪聲是由于風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片周?chē)a(chǎn)生的空氣渦流。這些渦流又因粘滯力的作用分裂成一系列獨(dú)立的小渦流，從而使空氣發(fā)生擾動(dòng)，形成壓縮和稀疏過(guò)程，產(chǎn)生噪聲。風(fēng)扇噪聲與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速有很大關(guān)系。為了減小高速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)扇噪聲，汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)普遍使用不等距葉片、變?nèi)~片扭角的風(fēng)扇來(lái)減小風(fēng)扇噪聲。在冷卻條件滿(mǎn)足的情況下，增加風(fēng)扇直徑、降低轉(zhuǎn)速、改變風(fēng)扇葉片材料、采用非金屬材料對(duì)降低噪聲都有一定效果。

另外采用風(fēng)扇電磁離合器效果也非常明顯。由于在汽車(chē)加速行駛噪聲測(cè)試時(shí)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫沒(méi)有具體規(guī)定，因此，在冷車(chē)狀況下進(jìn)行測(cè)試時(shí)，采用風(fēng)扇電磁離合器就可以使風(fēng)扇處于不工作狀態(tài)，就可以把風(fēng)扇噪聲降到最低。

四、燃燒噪聲的機(jī)理及防治

燃燒噪聲是燃料燃燒引起汽缸內(nèi)壓力升高，產(chǎn)生高頻振動(dòng)的沖擊波，并經(jīng)活塞、連桿等傳動(dòng)件擴(kuò)散出去。其噪聲發(fā)生在燃燒四個(gè)階段中的速燃期，即燃油在汽缸內(nèi)燃燒，而且是在活塞接近上止點(diǎn)(此時(shí)汽缸容積很小)時(shí)發(fā)生。此時(shí)汽缸內(nèi)壓力迅速上升，并以很大的沖擊力激發(fā)柴油機(jī)零件產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)出強(qiáng)烈的噪聲。雖然速燃期是噪聲的主要來(lái)源，但著火落后期是產(chǎn)生噪聲的關(guān)鍵時(shí)期，所以防治措施應(yīng)從這個(gè)階段控制：

一是通過(guò)采用分隔式燃燒室及特殊供油裝置，減少著火落后期噴油量和混合氣形成量。

二是通過(guò)提高壓縮終了溫度、壓力以及使用高質(zhì)量的燃料(如高十六烷值)、合理的供油系統(tǒng)來(lái)縮短若火落后期。使燃燒開(kāi)始提前，噴入燃料少，混合氣少等來(lái)減慢著火后壓力的增長(zhǎng)，也可以減小燃燒噪聲。

從柴油機(jī)設(shè)計(jì)角度來(lái)降低噪聲必須是在保持原有其他性能指標(biāo)不變的情況下來(lái)進(jìn)行，以此來(lái)提高產(chǎn)品的綜合性能水平。隨著人們對(duì)生活和工作環(huán)境的要求的不斷提高以及國(guó)家對(duì)噪聲污染的不斷嚴(yán)格控制，低噪聲汽車(chē)產(chǎn)品的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力和市場(chǎng)占有率必將大大提高，所能帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益不言自明，而為人類(lèi)所帶來(lái)的社會(huì)效益則更是無(wú)法估量的。