电动机噪声及其控制

电动机噪声及其控制（精选6篇）

电动机噪声及其控制 篇1

由于工程机械所面临的工作环境相对恶劣, 而且负荷的变化范围较大, 所以一般工程机械的动力源都选用柴油发动机, 这主要是因为柴油发动机具有动力性好以及故障率低等方面的优点, 但是柴油发动机的振动噪声较大, 噪声导致的环境污染较为严重, 容易导致操作人员的不适和疲劳, 这也带来了很大麻烦和不便。因此只有充分了解柴油发动机机噪声的产生原因, 才能更好的控制和降低柴油发动机的噪声, 改善工程机械的操作和控制性能, 提高工程机械的工作效率和舒适程度。

一、发动机产生噪声的成因分析

柴油发动机从噪声和振动的角度来说, 是一个作用在刚性、阻尼和响应特性变化的复杂结构上的运动力相互作用的高度复杂的非线性系统。在柴油发动机中, 各个系统中的振动是由气流、燃烧和机械等引起的, 这些振动直接或间接的转变成传播在空气中的噪声。具体来讲, 柴油发动机产生噪声的原因有以下几点:

(一) 气流引发。柴油发动机的进气和排气系统气流引发的噪声是和进气、排气以及冷却风扇相关联的。进气、排气噪声主要位于低频范围, 通常气流引发的噪声频谱中耦合有周期性频率成分, 在排气噪声中该频率是柴油发动机的发火频率并在排气口和排气系统中引发气柱产生噪声。在进气的噪声中, 进气通道中气体引起的压力脉冲会产生周期性噪声成分。

柴油发动机机的附属装置也是产生气流噪声的原因之一。比如风扇噪声主要就是由旋转噪声和涡流噪声等组成。旋转噪声是由于风扇叶片周期性的击打空气质点, 引起空气的压力脉冲, 从而引发噪声。旋转噪声的大小取决于叶片单位时间内击打空气质点的次数, 也就是与风扇转速和叶片数量的乘积成正比。涡流噪声是由于在风扇旋转时, 周围空气产生涡流, 这些涡流在粘性力的作用下, 分成若干小涡流。正是这些涡流的形成和分裂使得空气发生扰动, 从而引发噪声。涡流噪声的大小取决于叶片与空气的相对速度。

(二) 燃烧过程引发。柴油发动机属于压燃式内燃机, 在压缩过程中, 由于其产生的高温高压超过柴油的自燃点着火而产生混合气。如果着火滞燃期长, 喷入燃烧室中的柴油就会过量, 一旦着火就会导致燃烧室中的大量柴油细雾燃烧, 燃气压力急剧增加。这种冲击性的压力将直接使燃烧室壁面以及活塞、曲轴等机件产生强烈振动, 并由气缸壁面传至外部, 形成燃烧噪声。

(三) 机械内部引发。机械内部噪声主要由各个特性的噪声源相互组合叠加而成。最常见的机械噪声源有活塞敲击声、活塞侧向力、轴承力、轴承旋转、齿轮、气门冲击、喷油泵和喷油器等。在许多情况下, 这些噪声的总和可能超过燃烧噪声, 特别是在高速运转或者活塞负荷时。

(四) 机械表面引发。柴油发动机在工作中, 其外表面和零件会对燃烧等激发力作出响应, 从而产生较大的噪声。下列外表面和零件通常是重要的噪声源: (1) 曲轴箱。噪声从隔板间无支撑的外壁上辐射出来, 此外各种振动模式引起的曲轴箱扭曲也会产生噪声。 (2) 摇臂——凸轮罩。当摇臂——凸轮罩用简单的薄钢板冲压成, 并用螺钉直接将它固紧在气缸盖而没有采取措施时, 摇臂——凸轮罩就是一个噪声源。 (3) 进排气歧管。它们是被螺钉直接固定在气缸盖上, 当气缸盖振动时就会产生噪声。

二、发动机噪声控制策略

噪声会对环境带来极大的危害, 因此在柴油发动机的设计、使用以及维护过程中都应当注意降低噪声。具体来说, 可以采取如下策略:

(一) 气流引发噪声的控制策略。

目前, 柴油发动机的排气噪声已经成为众矢之的。为了降低排气噪声, 可以在排气管出口安装消音灭火器。消音灭火器内有一个膨胀室, 膨胀室是一个直径很大的圆筒, 当废气进入膨胀室后, 膨胀室的体积增大而压力降低, 当膨胀室内趋于平衡时, 就会大大降低气流的波动, 从而降低排气噪声。此外, 在近几年的理论研究和试验中发现的积极降声方法主要是用与原来噪声异相的一个同样噪声来抵消刺耳的空气传播噪声级。降低进气噪声, 主要是减小进气管中气体随柴油发动机工作频率而产生的压力脉动。为了减小压力脉动带来的噪声, 可以采用增加进气管的管径和进气管壁厚度的办法解决。

(二) 燃烧过程引发噪声的控制策略。

燃烧噪声与压力的高低呈正相关关系, 当压力升高率在500-580kPa/℃A以上时, 就会产生强烈的震音。如果要降低燃烧噪声, 必须将压力升高率控制在390kPa/℃A以下。

降低压力升高率可以采取如下策略。

一是精确控制喷入气缸内的燃油。先预喷少量燃油进入气缸, 然后再将大量燃油喷入, 从而降低压力升高率。如果是极端情况, 预喷燃油会使辐射噪声降低5.5dB。二是采用吸入燃油空气混合气加正常喷油的方法, 可以起到与上述方法类似的效果。三是减少喷油提前角, 这是降低燃烧噪声比较有效的方法。延迟喷油定时对大多数性能优化的柴油发动机是有利的。当对性能优化的喷油定时每延迟到10℃A曲轴转角时, 可以降低噪声6dB。当然, 也不能一味的减小喷油提前角, 还需考虑对柴油发动机整体性能的影响。

(三) 机械内部引发噪声的控制策略。

柴油发动机内部机械噪声主要与活塞的动力学特性有关, 尤其是来自活塞的敲击, 因此应想办法控制活塞的敲击。可以在柴油发动机的活塞上设计、安装两只刮油环, 并且装成相反方向, 下刮油环尽可能的放在靠近活塞裙部的下端, 由此可以在柴油发动机正常运转过程中, 在上下油环之间形成一层厚厚的油膜, 这层厚厚的油膜会起到阻尼的作用, 从而大大降低柴油发动机的噪声, 同时还不会明显的增加机油消耗。

(四) 机械表面噪声的控制策略。

1.曲轴箱。曲轴箱的噪声主要来自于主轴承隔板之间平板的振动, 因此可以通过加强柴油发动机的刚性或者降低弯曲模态振幅的阻尼结构, 在减小振动传递的同时降低噪声。其次, 增加曲轴箱的厚度可以降低噪声, 同时为了减轻质量, 可以选用金属材料镁。一般来说, 厚截面的柴油发动机比一般的铸铁发动机的噪声降低约10dB。另外还可以在壁面设置加强筋, 加强筋的高度至少是板厚的2～3倍, 并应处于能切断噪声辐射的位置。所以应仔细设计, 在最大限度的降低噪声的前提下, 做到质量最轻。

2.摇臂—凸轮罩。摇臂—凸轮罩的固有频率约为lk Hz, 降低这些噪声源的方法有阻尼、隔振、采用代用材料和质量负荷以提高机械表面的振动频率等等。用三层材料粘合成的层压钢板具有非常高的阻尼系数, 在某些用途上是很有效的。

3.进排气歧管。将进气歧管的法兰通过6mm厚的聚氯丁橡胶粘到歧管体上, 会产生明显的隔振效果。排气歧管如果采用覆盖法, 也会使噪声降低6dB以上。

(五) 系统性振动引发噪声的控制策略。

在工程中, 有时很难避免柴油发动机运行时产生的共振问题, 因此常常采用增大系统阻尼或者用动力吸振器来减少柴油发动机的振动响应。动力吸振器属于窄频带控制, 其采用的粘性阻尼材料能耗很高。当振动传递到粘性阻尼材料时, 会在粘性材料内部产生拉伸、弯曲、剪切等变形, 从而消耗大量的振动能量, 使振动衰减。采用阻尼技术减振的主要优点就是不必去改变原先的结构, 不需要增加辅助设备和外部能源, 占用的有效空间较小, 这是一种前景广阔的减振降噪措施。

三、结语

本文在分析柴油发动机噪声成因的基础上, 提出了柴油发动机噪声的控制策略, 以期增加工程机械的操作性和舒适性, 提高工程机械工作效率, 从而适应社会发展对柴油发动机的要求, 并为如何控制和降低工程机械的其他系统和部件的噪声提供参考。

摘要：本文通过阐述柴油发动机的结构、使用和设计, 进而分析柴油发动机噪声的成因, 提出柴油发动机噪声的控制策略。

关键词：柴油发动机,噪声,控制

参考文献

[1]谢娟.工程机械的噪声污染与控制[J].筑路机械与施工机械化

[2]张家栋.军用工程机械试验学[M].北京:海洋出版社

电动自行车及其控制器 篇2

电动自行车由车架、电机、电源、控制器四部分组成（见图1）。

1.车架 电动自行车的车架虽然与普通自行车相似，但由于电动自行车的车速较快（虽然规定的电动自行车的最快速度为20公里，但大多电动自行车可达25～30公里）、自重较大（主要是增加了电机及电池的重量，一般电动自行车的自重在25～40公斤左右）。因此电动自行车的车架要比普通自行车结实，选用较粗的钢管作为结构件，制动器（刹车）的制动力也比普通自行车大。为了增加骑行的舒适度，前后叉通常都加有减震器，并且为了安全，装有转把锁、电池锁等锁具，并且与摩托车一样，装有仪表板、前大灯、转向灯以及加速手把（“油门”）、控制按钮、带电开关的制动手把等控制设备。此外车架上还要考虑安放电池及控制器等舱体。

2.电机 电动自行车大都使用轮毂电机，即把电机做成轮毂的样子，直接驱动后轮，从而降低了成本，又提高了驱动效率。部分电动自行车采用高速电机加减速器的方案，这种方案由于使用了减速器，牵引力较大，所以爬坡的能力较大。同时电机运行的效率较高。当然，这种结构增加了成本。

在电动自行车中使用的电机有三种类型：高效低速稀土永磁直流无刷电机、高效低速稀土永磁直流有刷电机、高效高速稀土永磁直流有刷电机。轮毂电机都是低速电机，高速电机都带减速器。而有刷与无刷是指电机的换向的方法。我们知道直流电机在转动的过程中绕组中的电流要不断地改变方向以使转子向一个方向转动。普通的直流电机是用电刷与换向器通过机械接触进行换向，这就是我们前面所说的有刷电机，而无刷电机则是通过传感器（通常用霍尔磁传感器）检测出绕组的位置，并通過单片机或专用的集成电路接通相应的功率器件给绕组供电。这种电机由于没有电刷与换向器的机械接触与磨损，不需要经常换电刷等易损件，从而提高了电机的寿命，减少了维修的费用。这在电动自行车上是非常重要的，因为在电动自行车上要打开轮毂电机是非常困难的。此外，无刷电机在运行时不会像有刷电机那样产生火花，干扰车上的电器设备（仪表、控制器）。但是，无刷电机需要比较复杂的控制器，因此控制器的成本要比有刷电机的高，但考虑到整车性能以及维护方面的方便，目前绝大多数的电动自行车都使用高效低速稀土永磁无刷电机作为动力。

图2是一种高效低速稀土永磁无刷电机的结构，电机的转动部分是转子，与普通电机不同，这种电机的绕组在定子上，而转子上嵌有三组稀土制成的高磁强永磁体，一般为24块，它的磁场强度决定了电机的效率和驱动力的大小，所以用户不要随意打开电机，不仅由于定子与转子之间的磁力很大卸开后没有专用工具很难装好，而且定子卸走后会使磁钢退磁，从而降低了电机的性能。定子上绕有绕组的铁芯及用于固定到车架的空心轴，在定子的边缘装有三个霍尔器件作为转子的位置传感器。所有接线都从固定轴的中孔中引出。引出线分两组，比较粗的一组是电机的驱动线，用来驱动电机。要求能持续通上10A并在瞬时有通过30A电流的能力。这一组三条线A、B、C分别连接到星形连接的三相电机绕组的接线端。另一组接线通常连在一个5线插头上（虽然目前还没有一个标准，但为了能使各种电机与不同厂家的控制器相接或者说为了使各种控制器能与不同厂家的电机相连接，这些连接器的规格、定义都在靠拢。），该组接线用于检测绕组的位置，其中1为检测器电源，通常为12V或5V，5为地，2、3、4为绕组相应的霍尔位置检测器的输出a、b、c，它们与绕组的响应关系用颜色标记（例如2（a）是红色，则红色的粗线为A），在控制电路中通常采用三相全波式供电，对a、b、c三种信号的组合进行译码后向六个功率管提供驱动信号来驱动无刷电机。为了让大家对电动自行车的电机有一个概念，附表给出一些电动自行车的电机数据。

3.电源 电动自行车几乎都用能多次充电的蓄电池作为能源，目前使用的有全封闭免维护铅酸蓄电池、镉镍电池、镍氢电池、锂电池、燃料电池等。由于全封闭免维护铅酸蓄电池在价格上有较大的优势，所以绝大多数电动自行车使用这种电池。电动自行车上将电池串联成电池组安装在专用的电池盒中，每个电池的容量通常为12安时（大的有18安时）。 这种电池的寿命约为500次放电（寿命与电池质量与使用方法有很大关系），因此使用电动自行车时的日常费用决不能只考虑使用的电费，而要把一年要换一次的蓄电池的费用考虑进去（约400元）。

4.电动自行车的控制器 电动自行车的控制器用于控制电动自行车的运行，从功能上来看，它单单只是使电动自行车能够起停，总的要求有：

（1）运行控制:使电动自行车的速度能按照手把转动的角度发生变化从零速度到最大速度；

（2）具有电流过载保护功能，在各种运行状态电流都不超过保护值；

（3）过热保护：当电动自行车长期运行在额定电流状态控制器温度过高时切断电源供应；

（4）刹车时自动断开供电电源；

（5）欠压保护：当电源供电不足电池电压下降到电池最低电压时切断电源，以保护电池。酸铅电池不怕充足就怕没电。

（6）其它功能：为提高使用性能，电动自行车常附带有一些其它功能。非零启动功能是为了防止起动电流过大，具有该功能的自行车只有当电动自行车的车速大于某一速度（例如5公里/小时）后控制才起作用，以保护蓄电池，使蓄电池不在大电流放电状态下工作；软起动的目的同前，使电动自行车工作电流保持恒定，使蓄电池不在大电流放电状态下工作；保持功能是使电动自行车的运行速度在手把给定的最大速度运行，以减轻长途骑行时的疲劳，即你骑行时将车速增加到某个速度运行时，可放开手把，自行车则维持在该速度上运行，若要增加速度则可通过增加手把转角，但要降低车速则必须使用刹车解除来保持状态；1:1功能是电动自行车行业的一个行话，实际上是一种助力功能，即电动自行车在比较轻松的骑行中运行，以使电池处于比较省电而骑行又比较省力，实际上真正要做到1:1功能需要在脚蹬上加力的传感器，根据传感器信号来控制供给电机的电流，但现在很多控制器的1:1功能仅仅是给电机一个固定的控制电压，因此在上桥或迎风的时候，还会感到比较累。

下面以一个具体的控制器为例来说明电动自行车控制器的原理。图3为某种电动自行车控制器电原理图。在图中16V8为译码器，将霍尔元件检测出来的换相信号转换为六个驱动功率管的控制信号；IR2136为无刷电机专用控制电路，为驱动功率管提供驱动信号；P87LPC767是带有AD输入及PMW输出的单片机，它将手把的电平信号转换为脉冲调宽信号，同时完成诸如过载保护、欠压保护、保持、非零启动等功能；LM358用于过载电流的放大；电动自行车的电源电压为36V，而IR2136需要15V供电，单片机需要5V供电，因此使用7815、7805提供15V与5V电源；T1～T6(IRFZ44N)为六个N通道功率场效应管，接成三相全波电路，为三相电机绕组供电(RO1、YO1、BO1)。

CZ1～CZ4为控制器与外部设备的连接器。其中，CZ1为换相信号连接器，与轮鼓电机的霍尔换相信号相接。CZ1－1接地，CZ1－5接5V，CZ1－2、3、4接换相信号；CZ2为仪表信号连接器，CZ2－1、5接地，CZ2－2、3接通讯线，传送仪表的显示信号，包括传送电源电压、过载电流、速度、控制器状态等信号，CZ2－4接0.5秒脉冲信号，为转向灯提供闪动控制；CZ3为调速手把连接器， CZ3－1、3接调速手把的电源(地及+5V)，CZ3－2接调速信号。当手把的转角从0转向最大角度时，输出1.4～4.5V；CZ4为开关信号连接器，CZ4－2接地， CZ4－1接刹车开关。刹车时，输出地电平使控制器断开电机的供电。CZ4－3接功能开关，用于选择电动自行车的运行状态，例如保持、助力等。

R3、RB3-3为电源电压采样电阻，从两个电阻中间取得电源电压的变化，以供单片机监控电池电压。在电池电压低于33V时停止供电，以避免电池的过度放电；R7为电流采样电阻，它串联在电源的供电回路中，所以R7上的电压与电源的供电电流成正比，可以通过测定R7上的电压来测定电源的供给电流。为了不使在R7上损耗太大，R7用粗的(直径1.5mm)的康铜丝制成，电阻约为0.01Ω，10A电流流过它时产生0.1V的电压。为了提高控制精度，LM358对采样电压进行放大。

在电机的驱动电路中D1、C4(D2、C3，D3、C2)组成升压电路。以使T1(T2、T3)在开关状态下能充分饱和，因为功率场效应管在工作时栅极控制电压(栅极对源极)必须大于开启电压(约1V)。当T1(T2、T3)导通时它的源极电压接近电源电压，因此栅极电压必须高于电源电压，升压电路利用电机绕组的交流电压，通过电容隔离与二极管的整流向IR2136的VB1(VB2、VB3)提供高于电源10V的电压，从而使IR2136能提供高于电源电压的控制电压，以使高位场效应管能在截止饱和状态下工作。

GAL16V8用于进行译码，输入到16V8的信号有霍尔传感器输入的绕组位置信号(16V8的1、2、3)、单片机提供的脉冲调宽信号(16V8的4)、刹车信号(16V8的5)，通过16V8的综合，输出三个上位管(16V8的18、17、16)与三个下位管的控制信号(15、14、13)。脉冲调宽信号用于控制自行车的车速，刹车信号用于强制切断电机电源。16V8的12、19为转弯灯0.5秒控制信号。由单片机(P87LPC767-14)提供，经16V8隔离，通过CZ2-4送出。在控制器中，单片机P87LPC767采集各种外部信息，经过综合，输出脉冲调宽信号对电动自行车进行控制。

单片机首先要采集电动自行车中的各种信息，这些信息由模拟信号及开关信号两部分组成。

模拟信号由单片机的AD变换器输入端输入，它们是:

手把信号 它是控制脉宽的主信号，在正常情况下手把信号应与脉宽成正比，它从单片机的AD0(P87LPC767-18)输入。

总电流信号 用于对电机的过流进行控制，它由电流采样电阻R7取出，经LM358放大，从单片机的AD1(P87LPC767-17)输入。

电池电压 当电池电压降低时，欠压控制需要通过测定电源电压来给出控制信号，它从单片机的AD2(P87LPC767-16)输入。

助力调整信号 用于调整助理状态下电机控制信号的大小，由W1给出，从P87LPC767-14(AD3)输入。

开关信号由单片机的普通I/O口输入，它们是:

刹车信号 用于阻断调宽脉冲，同时还作为一种“复位”信号，用于解除某些工作状态(例如保持状态)，此外也用于向仪表提供状态信号(表示自行车处于刹车状态)。从P87LPC767-2输入。

功能按钮信号 功能按钮用于控制电动自行车的运行状态(助动状态、保持状态、非零起动状态、正常操控状态等)，为了简化操作，在电动自行车上只有一个功能控制按钮，通过单片机的处理来实现电动自行车的多种功能选择。例如接通电源时，电动自行车进入助动状态；按一次功能控制按钮，转入正常操控状态；再按一次则转入保持状态。以后每按一次功能控制按钮，电动自行车将在保持状态与正常操控状态之间转换。从P87LPC767-9输入。

由于仪表信号由单片机通过串行口提供，因此所有需要向仪表提供的信号都要送到单片机中：

限速开关(XS) 用于自行车出厂调试，从P87LPC767-10输入。

作为输出信号有：

脉冲调宽信号 通过P87LPC767-1输出。

0.5秒转弯灯闪动信号 通过P87L PC767-8输出。

与单片机相连的其它电路有：

复位电路 由R10与C17组成。

晶振电路 由JZ1、C19、C20组成。

浅谈发动机的噪声问题与控制措施 篇3

1 发动机的噪声源分析

发动机的噪声是有多种噪声源发出的噪声组合而成。主要噪声源大致可分为气体动力噪声、燃烧噪声和结构动力噪声。其中气体动力噪声直接辐射, 燃烧噪声和结构动力噪声由发动机表面辐射。

1.1 气体动力噪声

气体动力噪声主要分为进气、排气和风扇噪声。其中, 排气噪声一般是最大的噪声源。排气噪声按产生机理包括基频噪声、气柱共振噪声、喷注噪声、紊流噪声、涡流噪声、赫姆霍兹共振噪声等。影响排气噪声的主要因素包括转速、负荷、排气管等。

风扇噪声在风冷发动机中可能成为主要的噪声源。风扇噪声由旋转噪声和涡流噪声组成。旋转噪声由风扇叶片切割空气流产生周期性扰动而引起。涡流噪声是气流在叶片上分离时由于气体粘性便滑脱或分裂成游涡流而辐射的一种非稳定流动噪声。风扇噪声的影响因素有风扇的运转参数、结构参数和冷却系统等。

1.2 燃烧噪声

燃烧噪声是缸内混合气燃烧产生的气体力直接激振发动机结构产生的噪声。燃烧噪声的产生机理正逐步被明确。燃烧噪声的产生表现在三方面:一是, 由气缸内气体压力急剧变化引起动力载荷, 瞬间激励使得各传声零件自振振动, 向外发射中高频噪声;二是, 由气缸内气体点火燃烧的冲击波在气缸内多次反射引起气体的高频振动, 其频率为气缸内气体的自振频率, 向外辐射高频噪声;三是, 由气缸内气体压力平稳变化引起的载荷, 激励起连接部件的强迫振动, 向外辐射噪声。

燃烧噪声经过与之接触的零件最终通过机体表面辐射出来。因此, 它受其传声零件本身的振动传递特性的影响很大, 部分噪声成分会受到制约而大大衰减。燃烧噪声实际辐射出的低频段较少, 主要为高频段。

1.3 结构动力噪声

结构动力噪声是指运动零件摩擦撞击而激发的噪声和由于机械作用力激发零件固有振动而产生的噪声。结构动力噪声与转速有密切的关系, 当发动机高速运转时往往成为主要的噪声源。结构动力噪声主要包括活塞敲击噪声、齿轮噪声、配气机构噪声、喷油泵噪声、机体和零部件振动噪声。通常活塞对气缸壁的敲击是发动机最大的结构动力噪声源。齿轮噪声主要由齿轮啮合噪声和齿轮固有振动噪声组成。配气机构噪声在发动机高速运转中一般有较高的比重。喷油泵噪声与喷油泵的结构、转速, 泵内燃油压力和供油量有很密切的关系。另外, 机体和零部件振动所辐射的噪声也是一个重要的噪声源。

2 发动机噪声源识别技术

噪声源的识别同样也是一个重要的发动机噪声研究内容。通过噪声源识别技术分析发动机噪声的来源及频谱组成, 以便找到有效的控制措施来降低发动机的噪声。噪声识别技术由测量技术和信息分析技术构成。噪声识别的方法较多, 包括近场声压法、封闭法、表面振动法、近场测量法、分别云转法、声全息法、声腔测量法、神经网络法、信号处理法等。噪声测量的仪器有声级计、频谱分析仪器、声级记录仪、数据采集仪器等。

3 发动机的噪声控制措施

3.1 噪声控制的基本途径

噪声产生污染必需包括声源、传声途径和受主三个要素。因此, 控制噪声也应从这三个方面入手。发动机的噪声控制主要针对噪声源和传播途径。

3.2 对主要噪声源的控制

在对发动机噪声识别后可以找到对整机噪声贡献较大的一些噪声源, 有针对性的采取降噪措施。如气体动力噪声中的排气噪声通常可用排气消声器进行降噪。合理选用和设计消声器, 使得排气噪声处于比较次要地位即可。风扇噪声可以通过适当控制风扇转速、改变风扇叶片的形状和材质来降低噪声。对于燃烧噪声, 可以改变其发火特性使燃烧进程变得平缓, 以及选择合理的燃烧室结构, 能取得较好的降噪效果。对于结构动力噪声中的齿轮噪声, 可以通过提高齿轮的加工精度、改变齿轮材质、齿轮的啮合方式和提高齿轮室盖刚度来达到降噪的目的。适当减少活塞与气缸间的间隙、将活塞销孔偏置可降低活塞敲击噪声。

3.3 噪声传递及辐射控制

噪声从噪声源发出经过各个部件传递, 最终通过表面辐射出来。有些零部件如油箱和油底壳、进气歧管等可通过弹性联接来控制噪声。有些零部件如气缸盖罩和齿轮室盖可采用双层结构来屏蔽一部分噪声。机体可以增加壁厚或局部加肋、选择合理的结构形式和造型来减小噪声的辐射。表面盖板和罩壳等可以涂以阻尼材料或采用复合材料来降噪。

摘要：发动机噪声问题是引起噪声污染的重要问题, 如何降低发动机的噪声是一个重要的课题。本文就发动机的噪声问题分析了其噪声源, 介绍了其噪声识别技术, 并对发动机噪声的主要控制措施进行了总结。

关键词：发动机,噪声源,噪声控制

参考文献

[1]吴炎庭, 袁卫平.内燃机噪声振动与控制[M].北京:机械工业出版社, 2005.

[2]朱孟华.内燃机振动与噪声控制[M].北京:国防工业出版社, 1995.

[3]舒歌群, 高文志, 刘月辉.动力机械振动与噪声[M].天津:天津大学出版社, 2008.

[4]郭永红, 郭常立, 李杰, 马艳艳.内燃机噪声源识别与噪声控制技术研究[J].设计与研究, 2009 (1) :31-40.

传动系的齿轮噪声问题及其控制 篇4

齿轮在运行时, 不仅受到啮合的频率和振动因素的影响, 还受到齿轮材料本身固有频率产生振动的影响。在强度和刚度允许的条件下, 选择衰减性能好的材料, 对降低齿轮噪声具有明显效果。在大齿轮的轮辐上加金属阻尼环, 依靠阻尼环与轮辐之间的滑动摩擦, 耗散振动能量, 抑制噪声的辐射, 可以有效降低齿轮噪声。

一、齿轮噪声的特点

轮齿在啮合和脱离过程中产生的周期性冲击噪声的基频即为齿轮的啮合频率。改变齿轮的质量、刚度及尺寸能改变齿轮的固有频率, 从而改变其与外加激振力的频率的差值, 以防止谐振的发生。齿轮啮合频率计算公式如下:

式 (1) 中, n为转速, z为齿轮频数。

轮齿表面的粗糙度对齿轮噪声影响很大, 一般摩擦系数越小, 齿轮的噪声越小。噪声的声级与齿面的粗糙度近似于线性关系, 一个齿面粗糙度低的齿轮和一个齿面粗糙度高的齿轮噪声级约差4 d B。除此之外, 润滑也控制着摩擦系数, 因此, 保持齿轮具有良好的润滑, 也可以明显降低齿轮噪声。

二、影响齿轮噪声的主要因素

1. 齿轮留磨量。

齿顶二面倒角可以降低淬火后齿形误差对齿轮噪声的影响。齿轮淬火后, 齿根常常变肥, 致使啮合时发生干涉, 齿根部会发生亮带, 从而产生较大的噪声。磨小齿轮的齿顶圆、减小啮合系数、修磨齿顶倒角都是较好的解决办法。对于磨齿工序、齿面及齿根都有留磨量, 但是砂轮的齿顶容易磨损, 所以磨出的齿也容易出现齿根变肥;留磨量不当, 齿根还会产生凸台, 所以齿顶二面倒角对于减少根部干涉是一种很有效的措施。

2. 齿轮的齿宽。

齿宽与噪声也有密切关系, 齿宽大, 则齿上的单位载荷小, 弯曲变形就小, 噪声也就减小。同时, 齿宽较大还可改善齿轮的衰减性能。受齿向精度所制约, 齿宽也不能过大。如果齿轮的直径较大, 齿宽受到限制, 则设计时应增加轮辐的厚度, 以减少端面振动亦提高衰减性能。对于淬火的齿轮, 内径定心若可以保证精度, 则可根据齿圈定心找出正端面磨内孔。对剃齿后高频淬火的齿轮可以纠正以前工序的齿圈振摆, 并解决内孔淬火收缩问题。

3. 齿轮修缘的误差。

齿轮修缘时, 可修齿顶或齿根, 也可两者都修。齿轮修缘一般集中在小齿轮上, 这s样做工序比较简单;若考虑到小齿轮的强度问题, 也可以分配给2个齿轮。一般齿顶修缘, 可获得2 d B的降噪量;齿顶修缘量在0.02~0.04 mm。修缘量的大小取决于齿轮所承受的动载荷、静载荷、受热变形误差、加工误差等因素。理论计算的数值精确度不高, 一般由试验确定。在工程实际中, 为了提高齿轮的接触精度, 使齿面承受的载荷均匀, 避免轮齿单边接触或不规则的接触, 长在齿轮的宽度方向修缘, 称为齿向修缘。

三、传动系齿轮噪声的控制

1. 齿轮参数和结构形式。

增大齿轮的模数会增加制造难度, 增大齿轮的制造误差, 从而增加了工作时的噪声。此外, 齿轮压力角的增加也会造成啮合过程的径向力增加而增大噪声。在强度允许的条件下, 适当降低模数和压力角, 可以降低齿轮噪声。齿轮设计时, 还要考虑重叠系数;经验表明, 重叠系数为2时, 噪声水平比较低。测量齿轮运转过程中的噪声时, 可以找出频率较大的噪声, 联系相关机械运动, 可以找出噪声源, 从而确定解决措施。但是要找出发生噪声的确切频率, 则需用窄频程的滤波器确定, 常用的倍频程滤波器或1/3倍频程滤波器能有效地指出声能在各频带的分布, 但不能确定峰值频率。

2. 齿轮的制造和工艺。

通常在齿轮粗加工和热处理以后, 应进行剃齿或磨齿等精加工。为减少齿轮在承载后的弹性变形和制造误差 (主要是基节误差和齿形误差) 造成的齿顶和齿根处的干涉, 在齿轮加工时通常将干涉部分削去, 以降低齿轮工作时的噪声。

3. 材料和结构。

采用高分子材料取代传统的金属材料齿轮可以大大降低齿轮噪声。另外, 对金属齿轮进行阻尼处理, 如, 在齿轮两边涂上阻尼材料、在金属齿轮体内填充大阻尼橡胶等, 形成阻尼结构, 可以达到减振降噪目的。此外, 适当的润滑和合理的安装也能降低齿轮噪声。

四、结论

浅议干式变压器噪声分析及其控制 篇5

随着经济的快速发展, 电力系统也在不断发展, 而在电力网中, 干式变压器的应用范围也越来越广泛, 尤其是6-35KV范围的电力网中, 具有良好的绝缘性、防潮、维护等方面一系列的优点的干式变压器, 应用极为普遍, 在广泛应用的背景下, 最大程度上的降低噪声更是重中之重。由于干式变压器的正常运行一定程度上都伴有其附带产物即噪声, 所以对噪声进行有效的控制以及如何降低噪声对我们的伤害是一个非常重要的研究项目。

1 干式变压器产生噪声的方式

干式变压器产生噪音主要有两种情况:一是干式变压器正常运行时所产生的噪音, 二是干式变压器因出现故障所产生的异常的噪音。虽然以上两种情况都可以产生噪音, 但是究其根本原因却是毫不相同。以下是对产生噪音原因进行分析。

1.1 运行正常时产生噪音的分析

变压器运行正常时, 之所以产生噪声这是由于变压器绕组线圈的振动、硅钢片的磁致伸缩以及振动、冷却装置的运行等等。这类噪声主要表现在以下几个方面。

1.1.1 因绕组线圈漏磁所引起的噪声。

变压器运行正常时, 如果此时有一定程度的漏磁, 那么就会在一定程度上影响绕组线圈中的负载电流, 使之产生振动随之产生产生噪声, 其特点一般都为断断续续, 声音较为低沉。

1.1.2 硅钢片磁致伸缩引起的噪声。

铁芯励磁时, 在交变磁场作用下, 硅钢片的尺寸

会发生微小的变化, 沿磁力线方向硅钢片的尺寸要增加, 而垂直于磁力线方向硅钢片尺寸要缩小, 这种尺寸变化称为磁致伸缩。产生磁致伸缩时, 磁铁芯随励磁频率变化为振动。由于磁致伸缩的变化周期是电源频率的半个周期, 磁致伸缩引起的电力变压器本体的振动, 是以两倍的电源频率为基频率的, 所以硅钢片的振动主要是由铁磁材料的磁致伸缩特性引起的。因铁芯磁致伸缩的非线性以及沿着铁芯内框和外框的磁通路径长短不同等原因, 铁芯噪声中除了基频外还包含有高次谐波频谱的噪声。

磁致伸缩率大小与硅钢片的材质有关。磁致伸缩率越大, 则噪声就越大。在磁场强度相同的情况下, 材质好的硅钢片磁致伸缩也小, 因此噪声也小。

1.1.3 铁芯因电磁作用引起的噪声。

这部分噪声由于铁芯叠积方式的不断改进, 可以忽略不计。其原理为当硅钢片接缝处和叠片漏磁时, 会产生电磁吸引因而引起铁芯振动, 产生噪声。

1.1.4 冷却装置引起的噪声。

当变压器因工作需要必需采用强迫风冷时, 此时冷却装置等附件也会产生噪声, 且与其本体产生噪声的原理相同, 也是由于它们的振动而产生的。冷却装置产生的振动是由两方面原因形成的, 一方面是冷却风扇在工作时所产生的振动, 这个无法彻底消除, 还有一方面是变压器本体运行时所产生的振动经管接头和配件传导到冷却装置, 进一步加剧冷却装置的振动, 使得噪声进一步变强。

1.2 变压器异常运行产生噪声的方式

当干式变压器正常工作时, 随着电网电压和用电负荷性质的变化, 干式变压器工作也可能发生变化引起变压器产生噪声。以下是造成这类噪声来源的几个主要方面。

1.2.1 由电网电压变化引起干式变压器的振动。

由电网电压偏高, 从而使变压器工作磁密提高, 导致产品的噪声增大。变压器带有可控硅整流装置时, 低压侧回路的电流和电压含有大量的高次谐波。如果变压器采用Yyn O接法时, 由于高压侧采用Y型接法又无中线, 故三次谐波电流不能流通, 从而使铁芯中主磁通发生畸变。除基波磁通外, 其中还含有大量的高次谐波, 尤其是三次谐波分量为最大, 因此噪声明显增大。

1.2.2 由用电负荷性质的变化引起干式变压器的振动。

由于电力系统为交流电所以其性质是变化的, 并且三相负载具有不对称的性质, 这样就使得输出的电流中无序电流占大部分, 在铁芯中产生较大的无序磁通量, 产生电磁力从而引起干式变压器振动最终产生噪声。

2 干式变压器在运行中对产生的噪声的控制

干式变压器在运行过程中之所以引起噪声, 究其原因, 最主要的还是由于其运行过程中无法避免的振动。所以降低以及控制噪声危害的最好也是最有效的方法就是考虑如何能行之有效的减少变压器铁芯等的振动。就目前的降低噪声这方面的技术而言, 无非是从噪声源以及噪声传播过程这两个方面的途径来考虑如何实现降低噪声这一目标。

2.1关于产生噪音的来源方面, 在运行过程中, 设备管理人员一经发现变压器铁芯尺寸还有磁通密度不符合国家的相关标准, 就要及时更换相关的零件, 让其噪音产生的量尽量少。

2.2关于噪声的传播途径方面, 对不同的变压器设备管理人员在其运行中应当应用外壳结构, 这样一来, 一方面可以减少自然界对干式变压器的各种不利危害所造成的影响, 另外一方面又可以大大减少在干式变压器运行过程中所引起的噪声问题, 将噪声降至低水平。

2.3设备管理人员在检查变压器运行情况时, 要密切注意变压器各组件之间紧密连接问题, 以免因为组件间不紧密而产生振动, 进而引起噪声。组件之间的紧密度大也可以引起组件之间噪声的传播甚至放大, 因而一旦发现变压器噪声过大, 就应当想到是不是组件之间不紧密引起的, 及时检查, 如果发现有松动, 马上拧紧。

2.4干式变压器如果发出断断续续不正常的噪音就说明是接触不良的问题。这一是由于高压柜内接触不良造成, 二可能是刀闸没有合到位。设备管理人员应当检查高压柜的触头和熔断器以及整个高压回路, 可以的情况下请高压柜厂家的人来检查。

3 中国干式变压器在噪音上的研究

随着我国现代化进程的加速, 环境保护显得日益重要, 变压器的噪声危害提上了议事日程。干变制造厂与科研院校密切配合, 对噪声产生的原因、机理进行潜心研究, 不断深入求索, 优化样品设计, 反复进行试验验证, 终于取得了突破, 并很快将科研新成果落实到产品上。十几年来, 更新了一代又一代产品, 使干变噪声大幅度下降。新系列配电变压器已将其噪声比现行国标降低达10~20d B (A) :2500k VA及以下容量的配电变压器, 噪声一般可控制在50d B (A) 以内;35k V特大容量如16000k VA电力变压器通常可控制在60d B (A) 左右。

我们可以骄傲地说, 我国在干式变压器噪音控制上已经是世界一流水平, 尽管无法做到尽善尽美, 但也已经做得相当不错, 基本上已经解决噪音的问题, 除非是故障原因引起。但是, 我们不能自我满足, 应该更加努力, 争取做到更好。

4 结束语

自发现干式变压器产生噪声以来, 这个问题一直困扰了所有的电力设备设计者。随着社会的发展, 干式变压器也随着电力系统的发展而应用范围逐渐扩大, 如何能行之有效的减少干式变压器工作时的噪声已成为当前的一大难题。为了能最大程度上降低噪声, 为了能最大程度上使得干式变压器能造福人民, 造福社会而又不影响干式变压器的优点, 这就需要广大干式变的设备管理人员的共同努力了。我们的设备管理人员要充分认识干式变压器的结构, 了解其早生产生的原因以及方式, 在其运行时候, 有针对性的减少噪音。要变压器有出现螺丝等松动的情况, 更要及时检查并修理。本文正是基于以上内容展开论述, 由于本人知识有限, 实践经验不是特别足, 所以只能略述一二, 望后来者对此问题有更加细致的叙述, 为广大干式变压器设备维护人员提供借鉴, 促进我国电力事业的发展。

参考文献

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[2]谢毓城.电力变压器手册[M].北京:机械工业出版社, 2003.

[3]机械行业标准:JB/T10088-2004 6-35kV级电力变压器声级[S].2008, 9.

内燃机噪声源的形成及其控制措施 篇6

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。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3 dB,高频振动频率fg处的声压级降低了11～15 dB[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2 dB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1～2 mm,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0.5 dB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。

b.气流以高速流经进排气门处的截面时,产生大量的涡流,形成强烈的高频涡流噪声。

c.气缸内气体的动力振动,气门落座撞击声及进排气管的振动等噪声通过发动机表面而辐射出来。

d.增压机的增压器压气机,转速很高而发出刺耳的高频噪声。

因此进排气噪声的大小与内燃机的进排气方式、进排气门结构、缸径、转速、凸轮型线等因素有关,此外排气噪声还与内燃机的负荷因素有关。

1.3.1. 2 降低进排气噪声的措施

a.合理设计进排气管道,减小压力脉动强度及涡流强度,并避免发生共振。

b.采用消声器。消声器按消声的机理不同可分阻性消声器、抗性消声器和阻抗复合式消声器。阻性消声器主要利用吸声材料增大声阻来消声,具有良好的中频、高频消声效果,特别适宜消减增压内燃机的进气噪声。抗性消声器是利用管道截面突变、旁通支管和共振腔等造成声传播时阻抗失配,达到消声,其中低中频消声效果良好,在汽车、拖拉机中应用较普遍。阻抗复合式消声器是兼有阻性和抗性的作用,使消声频带宽,主要用于声级很高的低中频宽带消声,在高要求的内燃机中采用此种消声器。

1.3.2 冷却风扇噪声

冷却风扇噪声主要是由旋转噪声和涡流噪声所组成。旋转噪声是风扇叶片对空气分子的周期性扰动而产生的,它的强弱主要与风扇转速和叶片数成正比。涡流噪声是空气在受叶片扰动后产生的涡流所形成的,它的强弱主要与风扇气流速度有关。发动机的风扇转速对噪声的影响很大,转速提高一倍时,声压级增加11～17 dB[1]。

降低风扇噪声的措施:适当选择风扇与散热器之间的距离,既能较好地发挥风扇的冷却能力,又能使噪声最小。改进叶片形状,使之有较好的流线型和合适的弯曲角度,以减小涡流强度。用塑料风扇代替钢板风扇,可降低噪声。采用风扇自动离合器等措施可取得较好的降噪效果。

2 内燃机技术发展趋势

2.1 采用多气门和顶置凸轮结构

每个气缸采用两个以上的气门,凸轮轴顶置布置,可以提高发动机的充气系数,增大配气机构的刚性,从而降低配气机构的噪声。多气门机构还可增加循环进气量,提高功率,降低油耗和排放指标,是现代高速机采取的重要结构特点。

2.2 采用增压技术

增压已成为提高内燃机升功率和高原恢复功率的有效措施,同时也是降低内燃机的有害排放和燃烧噪声,改善内燃机经济性的重要手段。由于增压后压缩终点温度和压力提高,滞燃期缩短,压力升高率有所降低,燃烧柔和,因此采用增压技术是降低内燃机燃烧噪声的有效措施,可使直喷柴油机燃烧噪声下降A声压级2～3 dB[2]。采用废气涡轮增压也可减小排气噪声。

2.3 电子控制喷油系统

采用电子控制燃油喷射系统,可以实现燃油的高压喷射,并可根据柴油机工况要求灵活调整,精确控制循环喷油量、喷油正时、喷油速率和喷油压力等主要参数,获得较好的燃油经济性,有效降低排放和噪声,提高动力性。高压共轨技术是建立在直喷技术、预喷射技术和电控技术的基础之上的一种全新概念的喷射系统。高压共轨系统可柔性控制各参数实现高精度的高压喷射,在喷油过程中喷油压力几乎不变,喷油量循环变动小,可改善各缸工作不均匀性,改善柴油机的振动,在降低噪声和排放上有很大潜力,是最具发展前景的电控喷油系统。

2.4 液压挺柱配气机构

为防止发动机因气门间隙过小导致气门关闭不严,同时减小发动机气门敲击声,最有效的办法是采用液压挺柱配气机构。随着对发动机的振动和噪声要求越来越严,液压挺柱配气机构在车用发动机中的应用越来越广泛,目前国内轿车发动机几乎全部采用液压挺柱,还有采用比较先进的气门正时和气门升程可变VTEC技术[4]。

3 结束语

a.由前述可知,要控制燃烧噪声,主要是降低压力升高率,其次是控制爆发压力,然而降低压力升高率与提高发动机的热效率相矛盾,势必影响到发动机的动力性和经济性,因此应对影响放热规律的各种参数和它们对内燃机的性能、噪声、排放指标、烟度等的影响进行试验对比,从中选择最合适的参数值。

b.从产生噪声的根源、传播途径方面分析了内燃机噪声源的形成,再根据国家有关标准对内燃机进行噪声测量,了解和评定它的噪声强度和频率分布特性,有争对性对燃烧噪声、机械噪声、空气动力噪声采取有效的控制和降噪措施,降低内燃机噪声,从而达到降低汽车整车噪声的目的,减少污染,保护环境。

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

参考文献

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[2]朱仙鼎.中国内燃机工程师手册[M].上海:上海科学技术出版社,2000.

[3]张少明,陈方彬.降低车用柴油机排放技术的措施及实现[J].内燃机,2004,(6).

[4]唐大学,李志明,孔七一,等.发动机的液压挺柱配气机构[J].内燃机,2007,(6).