内燃机噪声污染的防止

1、本科课程论文题 目 内燃机噪声污染的防止 学 院 工程技术学院 专 业 农业机械化及其自动化 年 级 2011级 学 号 222011322220150 姓 名 郑博文 指 导 教 师 徐元浩 成 绩 2013 年 12月 25 日 目录摘要21 前言22 正文 2 2.1.主要噪声源的形成及其控制措施2 2.1.1.噪声污染2 2.1.2.机器噪声4 2.1.3.空气动力噪声6 2.2.内燃机技术发展趋势 3 2.2.1.采用多气门和顶置凸轮结构7 2.2.2.采用增压技术7 2.2.3.电子控制喷油系统7 2.2.4.液压挺柱配气机构73 结束语74 参考文献8内燃机噪声污染的防止郑博文西

2、南大学工程技术学院2011级农业机械化及其自动化 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1.前言 随着世界工业化和经济一体化的不断加快，世界能源危机和环境污染问题日趋严重，可持续发展的呼声越来越高，节约能源，保护生态环境，减少污染已成为世界各国的共识。噪声染是当今世界三大公害之一，据国外有关资料表明，城市噪声的 70%来源于交通噪声,而交通噪声主要是汽车噪声，约占交通噪声的 80%左右 ,内燃机噪声和振动对汽车整车的噪声有着决定性的影响。因此，内燃机噪声是城市环境噪声污染的主要声源 ,其在生理和心理两

3、方面都对人类产生严重的危害。为此应对内燃机噪声进行控制，从声源控制、噪声传播路径控制方面入手，积极采取降噪技术措施。 2.正文2.1.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。 2.1.1燃烧噪声 燃烧噪声是

4、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

5、。 2.1.1.1燃烧噪声的主要影响因素 2.1.1.1.1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 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 1115 d

6、B1。 2.1.1.1.2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】。 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 )

7、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。 2.1.1.2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

8、连杆机构各部分的间隙，增加油膜厚度等。 2.1.2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。 2.1.2.1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

9、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 12 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

10、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。 2.1.2.2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

11、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。 2.1.2.3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

12、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。 2.1.2.4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

13、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

14、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。2.1.3.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。 2.1.3.1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。 2.1.3.1.1进排气噪声主要来源 a.进排气

15、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。 2.1.3.1.2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

16、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。2.1.3.2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

17、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 1117 dB1。 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。2.2.内燃机技术发展趋势 2.2.1.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

18、放指标，是现代高速机采取的重要结构特点。 2.2.2.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 23 dB2。采用废气涡轮增压也可减小排气噪声。2.2.3.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。 2.2.4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