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發動機噪音
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嘉峪檢測網 2018-01-23 08:53
噪音的危害
噪音對人們正常生活和工作造成極大干擾，影響人們交談、思考，影響人的睡眠，使人產生煩躁、反應遲鈍，工作效率降低，分散注意力，引起工作事故，更嚴重可使人的聽力和健康受到損害。噪音的強度愈大，頻率愈高、作用時間愈長、個人耐力愈小，則危害愈嚴重。80dB(A) 以下的噪音不會引起噪音性耳聾；80dB(A)～85dB(A) 的噪音會造成輕微的聽力損傷； 85dB(A)～100dB(A) 的噪音會造成一定數量的噪音性耳聾；而在100dB(A) 以上會造成相當大數量的噪音性耳聾。人在沒有思想準備的情況下，強度極高的暴震性噪音（如突然放炮爆炸）可使聽力在一瞬間永久喪失，即產生暴震性耳聾。這時，人的聽覺器官將遭受嚴重創傷。
交通噪音對人體健康的影響是多方面的。噪音作用于人的中樞神經系統，使人們大腦皮層的興奮與抑制平衡失調，導致條件反射異常，使腦血管張力遭到損害。這些生理上的變化，在早期能夠恢復原狀，但時間一久，就會導致病理上的變化，使人產生頭痛、腦脹、耳鳴、失眠、記憶力衰退和全身疲乏無力等癥狀。
一方面，汽車噪音會增加駕駛員和乘員的疲勞，更影響汽車的行駛安全。另一方面，噪音對汽車音響的音質也有較大的影響。經科學測定，汽車音響揚聲器發聲時，揚聲器的底板就會隨之共振或抖顫，從而造成音響失真。車門是一層薄鐵皮，金屬對聲音的傳導性非常強，汽車揚聲器在工作時或汽車在行駛過程中很容易產生共振或抖顫，從而形成“同波共振”及“諧波共振”造成音響失真。而安裝在實木腔體的揚聲器因為木材對聲音的傳導性非常差，可以有效降低聲能所產生共振和反射，基本還原揚聲器的原有音色。
當沒有聲波存在、大氣處于靜止狀態時，其壓強為大氣壓強P0 ；當有聲波存在時，局部空氣產生壓縮或膨脹，在壓縮的地方壓強增加，在膨脹的地方壓強減少，這樣就在原來大氣壓上又增加了一個壓強的變化。一般情況下，聲壓與大氣壓相比是很弱的。聲壓的大小與物體的振動有關，物體振動的振幅愈大，則壓強的變化也愈大，因而聲壓也愈大，我們聽起來就愈響，因此聲壓的大小表示了聲波的強弱。
由于正常人耳能聽到的最弱聲音的聲壓和能使人耳感到疼痛的聲音的聲壓大小之間相差一百萬倍，表達和應用起來很不便。同時，人耳對聲音大小的感受也不是線性的，它不是正比于聲壓絕對值的大小，而是同它的對數近似成正比。這種用對數標度來表示的聲壓稱為聲壓級，它用分貝dB來表示。
考慮到人們主觀上的響度感覺，人們設計一種儀器，經頻率計權后測量得到的dB數稱為計權聲級。因為要使儀器能適應所有不同強度的響度修正值是困難的。常用的有A 、B 、C 三種計權網絡，經過A計權曲線測量出的dB讀數稱A計權聲級，簡稱A聲級或LA ，表示為分貝(A)或dB(A)。A聲級與人們的主觀反映有良好的相關性，即測得的A聲級大，人們聽起來也覺得響。當用A聲級大小對噪音排序時，與人們主觀上的感覺是一致的。A聲級是目前廣泛應用的一個噪音評價量，已成為國際標準化組織和絕大多數國家用作評價噪音的主要指標，許多環境噪音的允許標準和機器噪音的評價標準，都采用A聲級或以A聲級為基礎。
正常人的聽覺所能感到的最小聲音，即聽域的聲壓級約為0分貝；輕聲耳語約為 30分貝；相距1米左右的會話語言約為60分貝；公共汽車中約為80分貝；重型載重車、織布車間、地鐵內噪聲約為100分貝；使人耳痛的聲壓級界限叫人耳閥，數值為120分貝；大炮轟鳴、噴氣機起飛約為130分貝。 由此可見，當采用聲壓級的概念后，聽域與痛域的聲壓之比從100萬倍的變化范圍變成0～120分貝的變化。所以對行駛中的汽車來說，在一定聲壓級范圍內，只要降低幾個分貝，人耳就會有明顯感受。許多手持聲級計的實際測量誤差在2分貝，也就是說，噪音源不變的情況下，兩次測量結果理論上可以相差4個分貝，換句話說，事實上聲噪降低4個分貝的時候，普通聲級計可能顯示沒有什么變化，但是人耳的感覺卻是噪音有明顯下降。
下圖是假設計算各聲壓級的基準壓力為20Pa。
聲壓級的相對范圍（平靜隔音）
物體在每秒內振動的次數稱為頻率，單位為赫茲 (Hz)。每秒鐘振動的次數愈多，其頻率愈高，人耳聽到的聲音就愈尖或者說音調愈高。人耳并不是對所有頻率的振動都能感受到的。一般說來，人耳只能聽到頻率為20～20000Hz的聲音，通常把這一頻率范圍的聲音叫音頻聲。低于20Hz的聲音叫次聲，高于 20000Hz的聲音叫超聲。次聲和超聲人耳都不能聽到，但有一些動物卻能聽到，例如老鼠能聽到次聲，蝙蝠能感受到超聲。
聲源發出的噪音在媒介中傳播時，其聲壓或聲強將隨著傳播距離的增加而逐漸衰減。高頻聲波比低頻聲波衰減得快，當傳播距離較大時其衰減值是很大的，因此高頻聲波是傳不遠的。從遠距離傳來的強噪音如飛機聲、炮聲等都是比較低沉的，這就是在長距離的傳播過程中高頻成份衰減得較快的緣故。除了空氣能吸收聲波外，一些材料例如玻璃、毛毯、泡沫塑料等也會吸收聲音，稱為吸聲材料。當聲波通過這些多孔性吸聲材料時，由于材料本身的內摩擦和材料小孔中的空氣與孔壁間的摩擦，使聲波能量受到很大的吸收并衰減，這種吸聲材料能有效地吸收入射到它上面的聲能。
汽車噪聲
汽車的噪聲源有多種，例如發動機、變速器、驅動橋、傳動軸、車廂、玻璃窗、輪胎、繼電器、喇叭、音響等等，都會產生噪聲。這些噪聲有些是被動產生的，有些是主動發生的（如人為按動喇叭）。一般而言，轎車的噪聲主要有三個來源，汽車機械件本身產生的噪聲，例如發動機和驅動橋等；輪胎；氣流噪聲（風噪）。這三個來源不是一下子涌現出來，而是隨著速度不同而依次出現。因此有人將它們劃分為三類噪聲。由轎車驅動系統引起的噪聲稱為第一類噪聲，一般轎車啟動時就會產生，例如發動機的運轉噪聲，并隨車速增大而增大。當車速升高至100公里/小時左右，輪胎的噪聲隨之增大，被稱為第二類噪聲。這兩種噪聲都是逐步增大的。當車速超過100公里/小時，隨著車速的增加，風噪則會迅速增加，被稱為第三類噪聲。
一般把汽車噪音來源簡要分為：發動機噪音、排氣系統噪音、風扇噪音、傳動系統噪音、輪胎噪音、制動噪音、氣動噪音、車身結構噪音等等，由于車輛噪音的復雜性，以上噪音源并非僅是并列關系，而從平靜隔音實際研發的角度看，汽車噪音源還可以在目前的基礎上做更進一步的分析。
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發動機噪音
發動機噪音中，除了發動機機體發出的機械聲外，還包括進氣系統噪音，改裝族更換“冬菇頭”以后動力增大的同時發動機噪音也增加不少，就是因為對原車進氣系統做了改動的原因：高速氣體經空氣慮清器、進氣管、氣門進入氣缸，在流動過程中，會產生一種很強的氣動噪音。降低發動機本身產生的噪音及由發動機振動引起的其它噪音有若干辦法：
改造發動機燃燒過程以降低燃燒爆發的沖擊；
降低由此沖擊產生的激后力引起的發動機各部件振動；
降低由活塞上下運動、曲軸轉動引起的不平衡力以及降低發動機機械振動。
發動機運轉的噪音主要由擋火墻和駕駛室的前底板部位傳入駕駛艙，因此，通過在U槽、擋火墻及底板部位粘貼帶異型吸音槽的吸音棉來抑制噪音。
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排氣系統噪音
其是發動機噪音的一部分，主要包括消聲器支撐架及排氣管道振動輻射出的噪音，發動機振動及排氣動作引起的輻射噪音，還包括由排氣口出來的排氣噪音。主要降噪方法：
利用消聲器降低排氣出口噪音，在生產消聲器的環節，通過提高仿真計算方法的精度，實現在不增加排氣阻力的條件下改善消聲效果。
在排氣口對排氣噪音施加與其幅值大小相等，相位相反的二次聲源或振動源，可自動地消除存在的振動噪聲問題 ，實現主動降低噪音。
各種消聲器系統的性能對比
實驗證明，通過對后消的形狀結構進行改進后，在一定程度上降低了排氣噪聲。
為降低發動機、傳動系統、排氣系統表面產生的輻射噪音，不僅要降低激勵力，而且要改善結構的振動特性，達到即使有激勵力，也不易產生噪音的效果。如：可以通過仿真計算推測發動機缸體等部位產生的輻射噪音，用振動特性優化方法，采取在輕量化基礎上達到最佳效果的措施。因此，好的隔音材料和降噪效果不應該以增加車輛自重，犧牲加速性能，增加油耗為代價。
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風扇噪音
散熱風扇通常也稱為電子扇，是引擎艙內較大的噪音源。風扇噪音屬于空氣動力噪音，嚴格的說，也是構成發動機噪音的一部分。風扇運轉過程中，由散熱器隔柵吸入的冷卻氣流，經散熱器風扇葉片吸入，從發動機間隙排出，氣流運動的這一過程產生了旋轉噪音和渦流噪音。夏季在怠速狀態下開空調，風扇的運轉會明顯引起較大噪音。風扇的噪音與以下因素密切相關：
風扇的外形。風扇外形決定風扇本體的阻力系數。包括葉片數量、葉片間斷間隙、葉片角度及彎曲度等。
散熱器吸入氣流的紊流度。
風扇葉尖處及縫隙處產生的噪音
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傳動系統噪音
在傳動系中，噪音源主要包括變速器、分動器、傳動軸、差速器和減速器等。傳動系統噪音是由發動機傳來的振動引起離合器蓋、變速器蓋等輻射出的噪音，以及齒輪嚙合激振引起殼體輻射發出的噪音。這些噪音既有內部齒輪和軸承運轉引起的，也有其它機構傳遞來的。傳動系統的噪音是在一輛車出廠前就決定了的，很難通過后期的降噪措施得到根本性的改善。有些發燒友通過更換變速器等改裝措施來提高操控性和舒適性，但改裝會影響到車輛的性能。
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輪胎噪音
輪胎噪音是由輪胎與路面摩擦所引起的，是構成底盤噪音的主要因素。一般的輪胎噪聲來自泵氣效應和輪胎振動。所謂泵氣效應是指：輪胎高速滾動時引起輪胎變形，使得輪胎花紋與路面之間的空氣受壓擠，隨著輪胎滾動空氣又在輪胎離開接觸面時被釋放，這樣連續的"壓擠釋放"，空氣就迸發出噪聲，而且車速越快噪聲越大，車輛越重噪聲越大；輪胎振動與輪胎的剛度和阻尼有關，剛度增大（例如輪胎簾布層數目增加），阻尼減少，輪胎的振動就會增大，噪聲也就大了。要降低輪胎的噪聲，胎面可采用多種花紋節距，采用高阻尼橡膠材料，調整好輪胎的負載平衡以減少自激振動等。
不同類型路面對胎噪的影響是不同的，通過對不同路面與胎噪的關系進行對比測試，發現路面狀況對某一車況的輪胎噪聲影響如下表：
主要由三部分組成：
一是輪胎花紋間隙的空氣流動和輪胎四周空氣擾動構成的空氣噪音；
二是胎體和花紋部分振動引起的輪胎振動噪音；
三是路面不平造成的路面噪音。
特殊行駛環境下，輪胎還會發出振鳴聲和濺水聲。輪罩下部的凹凸導致氣流分離，也會產生較強的噪音，輪罩內車輪回轉的誘起風以及引擎室排出的風噪，是輪罩下部噪音的主要來源。
主動降低胎噪的辦法主要是：改善胎面形狀；改善橡膠材質；改善路面狀況；阻隔胎噪向駕駛艙的傳播。
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制動噪音
汽車制動而產生的噪音主要有制動器的尖叫聲、輪胎與地面的摩擦聲以及車身板件的振顫聲等。制動噪音一般是指制動器工作時產生的鳴叫，一個設計合理，裝配精準，保養良好的制動器是沒有或只有很小噪音的。車輛下坡時長時間踩踏剎車會因高溫造成剎車盤損壞，日后再工作的時候就會發生尖銳的鳴叫。對制動噪音處理的重點是，通過粘貼吸音棉或隔音墊來減緩車輛緊急制動時引起的車身板件振顫。
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氣動噪音
風噪產生的最根本原因在于，繞過汽車周圍的氣流在汽車的不同外形之處產生了尺度大小不同的漩渦、或紊亂的流動，尤其是在車后部及二前車窗邊。大小漩渦的產生將消耗能量，使漩渦區尤其是車后（尾）部的壓力降低，這是引起汽車阻力增大的重要原因，這樣的車風阻系數較大。漩渦、或紊亂的流動同時將產生很強的噪聲（取決于速度和漩渦強度等），風吹電線會發聲和噴氣機有強烈氣動噪聲都是氣動噪聲的例子。氣動噪聲大和風阻系數大是密切相關的，其本質在于空氣粘性和汽車的外形。氣動噪聲大、車的密封好，或者氣動噪聲小、車的密封差這兩種情況都不是好車的標志，好車應該是氣動噪聲相對小、車的密封也好。
克制風漏及空腔共鳴的有效辦法是，在車門以及引擎蓋周圍設計密封條，通過對不同車型的不同部位粘貼密封條，達到使開放氣流的背后不產生渦流，由流動再附著來達到有效抑止氣動噪音的目的，此外，不同規格的密封條也可以有效隔絕來自車身以外的噪音。車輛在高速行駛過程中，由于引擎蓋的側面和上部出現氣流分離，會產生數百赫茲以下振動頻率的氣動噪音，如果引擎蓋下沿有間隙，通過間隙還會發出很大噪音，對該處噪音的抑制主要從兩方面著手：一是在引擎蓋的邊沿部位粘貼專用密封條，二是在引擎蓋內沿雨刮器下部的U型槽部位粘貼平靜阻尼止振墊。
吸音
噪音聲波在傳播過程中經常會遇到障礙物，這時聲波將從一個媒質（空氣）入射到另一媒質中去。由于這兩種媒質的聲學性質不同，一部份聲波從障礙物表面上反射回去，而另一部份聲波則透射到障礙物里面去。利用介質不同的特性阻抗，可以達到減噪目的。例如，在室外測量噪音時，堅硬的地面、公路和建筑物表面都是反射面，如果在反射面上鋪以吸聲材料，那么反射的聲能將減少。由于聲波的反射特性，在室內產生的某一噪音會從墻面、地面、天花板上及室內各種不同物體上多次反射，這種反射聲的存在使得噪聲在室內的聲壓級比在露天中相同距離上的聲壓級要提高10～15dB。為了降低室內反射聲的影響，在房間的內表面覆蓋一層吸聲性能良好的材料，就可以大大降低反射聲，從而使整體噪音得到減弱。類似的情況體現在車輛上，駕駛室是一個縮小的房間，車輛復雜的噪音作用體現在駕駛室就可以看作是一個噪音源，吸音棉在粘貼過程中總是把帶有異型吸音槽的一面朝向車內，正是最大限度的降低車身雙層隔板之間以及駕駛室內部噪音的反射，同時對噪音起到高效的過濾吸收作用。
在汽車有限空間內的噪音，包括直達噪音和反射噪音兩部分。吸音是用特種被動式材料來改變聲波的方向，以吸收其能量。合理的布置吸音材料，能有效降低聲能的反射量，達到吸音降噪的目的。常用的吸音材料由于受環保、防水、防火、輕量化等條件的限制，能夠用于汽車的吸音材料比較少見，吸音棉是研發人員在研究分析多款車型噪音特點的基礎上，針對汽車噪音特點創造性的開發出異型吸音槽設計，在傳統的一個單位的隔音面積上集成了2倍以上的吸音面積，每個吸音槽的寬窄、深淺、坡度和曲率都是針對轎車噪音的特點，經數學算法仿真模擬并精確確定的。由于吸聲層的逐漸過渡性質，材料的聲阻抗與空氣的聲阻抗能較好地匹配，使較寬頻段的聲波都能被高效地吸收。
隔音
隔音方法就是用某種隔音材料將聲源與周圍環境隔離，使其輻射的噪聲不能直接傳播到周圍區域，從而達到控制噪音的目的。隔音的實質是盡量衰減從聲源輻射出的聲音，常用措施有隔音材料和隔音結構。一般理論認為，單層隔板的隔音效果與隔板的面密度有密切關系，通過試驗進一步發現，同一材質相同面密度的隔板在低、中、高等不同的頻段會表現出不同的隔音性能。汽車的地板、車身等部位一般是采用雙層隔板的地方，這些部位一般由外圍板和內飾板組成，雙層之間是空氣層，利用這些雙層隔板，可以起到很好的隔音作用。如果在雙層隔板之間粘貼帶有吸音槽的吸音棉，降噪效果會有明顯提升。
減震
汽車的外殼一般都是由金屬薄板制成，車輛行駛過程中，震源把它的振動傳給車體，在車體中以彈性波形式進行傳播，這些薄板受激振動時會產生噪音，同時引起車體上其它部件的振動，這些部件又向外輻射噪音，在該傳播途徑上安裝彈性材料或元件，隔絕或衰減振動的傳播，就可以實現減震降噪的目的?？捎玫臏p震措施主要有隔震減震和阻尼減震，汽車阻尼防護膠就是在阻尼減震原理的基礎上研發的。此外，吸音棉在粘貼過程中采用人工刷膠的方式，專用的膠粘劑在固化以后會具有良好的彈性和柔韌性，形成一道阻尼減震層，可以耐受車體的沖擊與振動。
密封
大量試驗表明：車內整體噪音的控制與車體的密封性能密切相關。好的密封可以有效降低車輛整體噪音，尤其對高速行駛過程中的風噪有很好的抑制效果。車輛行駛過程中產生的擾流是引起風噪的根源，車輛高速行駛過程中車身某一部件處會出現周期性氣流分離，渦從車身兩側拖出，順氣流方向移動，從而產生噪音。預防這種噪音產生的辦法是盡量避免產生氣流分離并用恰當的方法擾亂周期性的尾流。一般的密封僅僅是利用密封性的提高把噪音阻隔在外，平靜專業密封條在阻隔噪音的同時，還會避免氣流分離并對周期性的尾流達到擾亂，從根本上降低風噪。車身密封是對車身居住環境改善，提高車身防腐性要求而進行的。
主要包括：防止雨（水）、塵土、污染氣體侵入室內的密封性設計；防止振動、噪聲、熱量侵入室內的密封性設計；防止腐蝕介質侵蝕車身板件密封性設計。按照以上密封性要求及密封結構特點，一般將密封性設計分為靜態密封和動態密封兩類。車身結構的各連接部分，設計要求對其間的間隙進行密封，而且在使用過程中這種密封關系是固定不動的，稱為靜態密封。靜態密封采取涂敷密封膠的方法來實現。靜態密封多為車身焊接結合面之間的密封，有縫外密封和縫內密封兩種型式或者兩者并用。對防止車身腐蝕，減小振動和噪聲起著重要作用。
此外，靜態密封還用于車身前后風窗玻璃的安裝密封上。即對玻璃-密封條-窗框構件之間多裝配間隙進行密封，屬于裝配結合之間的密封。
風噪是無可避免的，不同汽車的空氣動力學設計不同，自然也就引起不同程度的風噪。一般說來，汽車外形上尖銳凸起的部件越多風噪越大。而汽車后視鏡及側門接縫的設計和裝配質量也直接影響風噪大小，因為這些部位極易產生空氣紊流，從而引發直接傳入車廂的風噪。除了車身會產生行駛風噪聲之外，在高速行駛時通過各處間隙，把車廂內的空氣吸出去，也會產生很大的聲響。例如把車窗稍微打開一點，呼嘯的風聲十分響，產生這類行駛風噪聲的原因是車廂密封不嚴。
我們先來看看哨是如何被吹響的：
紅色為空氣流向，在入口與出口處發生交叉，碰撞，發出聲音；藍色為空氣碰撞點。
哨能吹響的原理
汽車的風噪際上與吹哨的原理相同。在車的外面有很多小縫（我們的車應特殊稱為中縫或大縫），那些水平方向的縫產生風噪的作用不大，因為空氣隨水平方向的縫流走，不怎么發生互相的碰撞，也就產生不了什么風噪。我們能聽到的風噪基本上都是由那些縱向的縫引起的。因為車速過快（100公里以上時）強風就象我們吹哨的嘴，高速氣流就會流進這些縫，但這些縫中的空腔在原車密封橡膠之前還是很大的，在這樣的空間，中空氣被新進來的風頂著轉了一圈后，流出與新進的空氣發生碰撞，產生風噪。
車門處縱向縫透視簡圖
貼密封條就是在門上貼了如平靜什么的專業密封條（如下圖紫色部分），這樣減少的空腔的空間，使進入的空氣在里面停留的時間減少，但并沒有解決相互碰撞的問題，空氣還是進來再出去，所以在風噪問題上不是解決的根本。只是減少了外界聲音對車廂內的傳到，但同時造成的關門相對用力的問題，而且影響了美觀（因為貼的位置不是很因定，走線時有各種東西阻礙，得繞）。并且成本太高。
車門處縱向透視簡圖
貼的位置是中縫為后門前緣上，一半貼，一半露在外，關好門后，露出部分就會擋住中縫進風口； 后門貼在車身（C柱）那道彎上，隨彎而走，外頭與車身齊，關好門后密封條的厚度正好擋住進風口。 如果前門那小縫也想貼，方法與前兩種相同。
來源：奇瑞
