关于汽油车车噪声检测与控制 汽车工程专业

1、关于汽油车噪声检测与控制摘 要：伴随着城市化速度的加快，汽油车的数量也随之逐步增多,干扰人们生活的重大污染之一就是噪声污染,全球各国对汽油车的噪声提出了越来越苛刻的限制要求。汽油车噪声已经成为评价汽车舒适度的重要指标，目前受到各大汽车生厂商和制造商的关注，也是各大整车厂的主要研究方向之一。本文通过查阅文献，介绍了课题研究的背景和意义，目前汽油车噪声研究的现状，进一步分析汽油车供油系统的构成和工作原理，进而分析车内噪声产生的机理、噪声来源和传播的途径。燃油泵噪声、燃油箱噪声和燃油管路噪声是汽油车最为主要的噪声。根据噪声产生的机理、来源和传播途径提出同时进行零部件单体和系统的优化设计，控制对发动机

2、气缸内的气体燃烧产生的燃烧噪声，控制对汽车发动机机械本身运动产生机械声和控制对汽车发动机维持正常工作所需要的空气动力噪声等具体措施。关键词：汽油车；噪声；检测；控制On Noise Detection and Control of Gasoline VehiclesAbstract: With the acceleration of urbanization, the number of petrol vehicles is gradually increasing. One of the major pollution that disturbs people's lives is

3、noise pollution. Countries around the world have put forward more and more stringent restrictions on the noise of petrol vehicles. Petrol vehicle noise has become an important indicator for evaluating the comfort level of automobiles. At present, it has attracted the attention of major automobile ma

4、nufacturers and manufacturers, and is also one of the main research directions of major automobile manufacturers. In this paper, the background and significance of the research and the current situation of the research on the noise of gasoline vehicles are introduced through literature review. The c

5、omposition and working principle of the fuel supply system of gasoline vehicles are further analyzed, and the mechanism of noise generation, noise sources and transmission ways in the vehicles are further analyzed. Fuel pump noise, fuel tank noise and fuel line noise are the most important noises of

6、 petrol vehicles. According to the mechanism, source and transmission route of noise, specific measures are put forward, such as optimizing the design of components and systems at the same time, controlling the combustion noise generated by the combustion of gas in the engine cylinder, controlling t

7、he mechanical sound generated by the movement of the automobile engine machinery itself, and controlling the aerodynamic noise required for the normal operation of the automobile engine.Key words: Gasoline vehicle; Noise; Detection; Control目 录前 言11绪 论21.1课题研究背景和意义21.2汽油车噪声的研究现状22 汽油车运行噪声研究理论基础32.1 供

8、油系统的构成32.2 供油系统的工作原理43 供油系统的噪声来源43.1 车内噪声产生机理43.2 供油系统噪声来源及传播途径53.2.1 燃油泵噪声53.2.2 燃油箱噪声53.2.3 燃油管路噪声54 汽油车噪声的控制64.1同时进行零部件单体和系统的优化设计64.1.1 燃油泵噪声优化64.1.2 燃油箱噪声优化64.1.3 燃油管路噪声优化64.2控制对发动机气缸内的气体燃烧产生的燃烧噪声74.3控制对汽车发动机机械本身运动产生机械噪声74.4控制对汽车发动机维持正常工作所需要的空气动力噪声7五 总结和展望8致 谢9III前 言伴随着国内外汽车技术的日渐发展成熟和人们不断提高对汽车性能

9、的要求，在满足了汽油车日常基本功能需求的前提下，人们越来越关注和重视汽油车发送机噪声、振动和驾驶平稳性的研究。随着现代工业、交通及科学技术的发展和社会的不断进步，汽油车的舒适度已经成为评价一辆车性能好坏的最为首要指标之一。而评价汽油车舒适度的重要指标之一就是汽油车车中的噪声，目前国内外各大整车生产厂都对汽油车制定了严格的标准，并投入大量的时间、人力、精力和物力组织开展竞品分析和研究工作。因此，开展对汽油车噪声检测与控制的研究也就有着重要的意义。供油系统噪声作为汽油车车内噪声最为主要的组成部分，如若想要控制汽油车的供油系统噪声，首冲其当的是应该熟悉汽油车供油系统的构、其工作的机制原理，寻找出供油

10、系统噪声的主要来源，然后再根据其工作机制原理及噪声产生的来源提出控制汽油车噪声的具体措施，通过控制汽油车噪声源头或阻隔其传播的途径，从而达到了降低汽油车噪声的目的。1绪 论1.1课题研究背景和意义近年以来，汽车拥有的数量快速增长，汽车产生的噪声问题已经成为现代城市中最为主要的噪声问题之一了。汽车的噪声包括车内噪声、发动机噪声、进气噪声和排气噪声等等，其中车内噪声是人们最为注重的点。车内的噪声过大除了直接影响乘车的舒适度外，还会分散注意力，容易引起事故，更为严重的时候将损害人们的听力和健康，容易使人产生驾驶的疲惫感。因此，汽车的生产制造商和零部件的供应商越来越关注汽油车的噪声控制问题。一般来说，

11、控制噪声可以从两个方面出发，一是控制被动的噪声，二是控制主动的噪声1。降低噪声通常采用的三种措施就是在声源处降低噪声、在传播的过程当中降低噪声以及在人耳处降低噪声，这些都是被动地降低噪声。被动噪声控制（Passive noise control）也被称呼为无源噪声控制，控制无源噪声是一种相对来说较为传统的控制噪声方法，也就是说指借用一些声学材料（能够具有阻隔声音或者吸收噪音等功效的材料）或者声学结构来削减噪音，从而实现控制噪声的效果，这对于高频的噪声控制效果还是显而易见的。可是如果想要控制低频的噪声，除非是采用很厚的细绳材料或者加大隔声的构件重量，这种方式最大的缺点就是隔声的构件非常的臃肿，占

12、的面积也很大。主动噪声控制（Active noise control）,也被称呼为有源噪声控制，这是一种主要通过降低噪声系统产生与外界噪声相波，将噪音中和，从而实现降低噪声效果的人为方式。其原理就是所有的声音都是由一定的频谱所构成，人为制造一种与所要消除的噪声完全位置相反的频谱就可以将噪声给地消除。被动噪声控制与主动噪声控制相比，存在效果不够理想、需要对原有结构作较大的更改等弊端，随着人们对汽油车燃油的经济性及车体轻量化的需求，如何更好的实现主动噪声控制成为大家的关注和需求点。因此，检车与控制汽油车噪声的研究，具有十分重要的经济价值和指导意义。1.2汽油车噪声的研究现状降低车内噪声水平是现代汽

13、车客户选择车辆最为重要综合考虑的指标之一，这也是各个国家政府和车辆生产供应商共同关注在乎的话题。目前来说，与国外先进技术水平相比较，我国在汽车噪声检测和控制方面还有很大的改善空间，对于如何降低噪声的研究水平和投入也远远不够。而且，我国汽车产品的噪声控制水平差距主要的就是体现在对测量噪声的方式技术和对噪声限值的相关法律规定上。在国外，生厂商非常注重环境污染问题，相关的市场法规和执行都非常严格和合规，在市场经济的竞争影响情况下，这就牵引国外非常注重对汽车产品的噪声控制问题。同时，从控制声源的方面来看，比较深入地研究剖析了发送机、消声器、变速箱和冷却系统等声源，并在此基础上，发展了一些相对成熟的理论

14、计算和产品研发设计生产及应用编程。检测和控制汽油车的噪声已将重点转向对汽油车结构振动噪声、轮胎噪声和发动机隔声罩的研究。目前在国外，车内的噪声控制技术早已经不只是局限于理论研究，已经达到普遍实施应用的阶段，比如德国的Benz公司对外声称已经能够根据客户的要求制造出各种低噪声的车辆，所增加的价格约为350美元左右一辆。我国噪声控制技术的研究相对国外来说起步相对较晚，但是研究的发展速度却很迅速，并且取得了许多有益的研究成果和技术，也取得了较好的应用。但我国如果需要缩短与世界先进水平的差距，目前还有许多的工作要做。2 汽油车运行噪声研究理论基础降低汽油车的供油系统噪声无非就是从两方面进行考虑：一方面

15、是零部件本体噪声，另一方面就是系统噪声。汽油车零部件的本体噪声主要是从其工作的原理出发考虑，而系统噪声主要是考虑供油系统结构的振动噪声。因此，了解供油系统的组成、原理是必须的。2.1 供油系统的构成一般来说，因其用途不同，汽车供油系统的结构组成有所不同，但其主要组成部分基本类似，一般均是由各分支供油系统、油泵及辅助装置、压力调节装置等部分组成2。本文中所指的汽油车供油系统包括从加油管一直到车子发动机油轨间的组成，其主要功能是储存满足用来整车行驶续航里程的汽油；在不同情况下，为发动机提供适当的压力、流动的清洁燃油，以保证车子发动机的正常工作；对供油系统的蒸发排放污染物（主要是燃油的蒸汽）加以控制

16、，以符合环保排放的标准要求。 根据发动机电喷系统差异，供油系统结构可以分为有回油、无回油、短回油三种，但不管是哪一种系统结构，其主要组成零部件都是包括加油管、燃油箱总成、燃油泵总成、燃油滤清器、燃油管路、碳罐等，主要不同在于燃油泵结构和管路结构的不同，目前国内外整车厂主要采用的都是短回油结构。其系统工程和工作原理如下图所示。图：供油系统构成、原理图2.2 供油系统的工作原理 车子在加油的过程中，燃油是由加油管进入燃油箱进行贮存，当发动机进行工作的时候，燃油泵就会将燃油从燃油箱内泵出来，在经过燃油滤清器进行过滤后，燃油就会通过地板燃油管路被动地输送到油轨，再由发动机的喷嘴喷射到发动机缸中参与燃烧

17、，在燃油泵自带压力调节阀的作用下，多余的燃油就会在燃油滤清器末端返回到燃油箱。 通过重力阀，燃油箱中的燃油蒸汽会被输送至碳罐，碳罐内有许多的活性炭，因此燃油蒸汽就能够被吸附住。碳罐电磁阀在发动机工作的情况下通过ECU控制来开启碳罐，那么碳罐活性炭上的汽油颗粒就能够通过进气气流冲洗（脱附）带入燃烧室参与燃烧。 3 供油系统的噪声来源3.1 车内噪声产生机理 一般而言，车内噪声有两种传播途径，分别为固体传播和空气传播。从这两类传播途径具体分析来看，固体传播是指车外噪声由空气通过车身壁板及孔、缝隙等介质传至车内产生车内噪声。空气传播是指由车外噪声直接作用于车身壁板，壁板经过振辐射而形成的车内噪声。连

18、接固体部件振动的车身，在经振动后产生车内噪声同时，还会产生因车内部件振动的噪声以及因电子电器系统产生的噪声。在外部的激励和车身结构的固定频率保持一致的情况下，则会产生共同振动，从而加大了车内的噪声。通过实践发现，固体传播途径是造成30400Hz的中低频车内噪声最为主要的传播途径，而以空气传播途径为主的是发生在高频车内噪声。由此可见，想要削弱车内噪声，最为明智的做法就是能够削减或者清除固体传播。 3.2 供油系统噪声来源及传播途径 燃油泵、燃油箱和燃油管路是供油系统车产生车内噪声最为主要的影响零部件，所以这些零部件是导致供油系统的车产生噪声的最为主要来源5。引用车内噪声产生的机理来分析，供油系统

19、噪声的主要来源，一是通过电动燃油泵压力波动和本身振动所产生的噪声、通过燃油箱振动产生的噪声和通过燃油管路中油压脉动产生的振动全都经由车身辐射到车内；二是通过发动机、燃油泵等运转部件的振动，然后再经过燃油管路的传播，最终辐射到车内。一一分析具体如下： 3.2.1 燃油泵噪声燃油泵在运行过程当中，随着进出油口处周期性的压力波动被传递至燃油管路，进而引起了燃油管路的振动。同时，因为燃油泵壳体振动也是以弯曲和扭转波在燃油管路上传播，从而将噪声辐射至车内。 以此同时，燃油泵在工作的过程当中，其自身的振动会通过燃油泵法兰、燃油泵支架等等零固件传递到汽车管路、燃油箱和其它的连接固件上，这些共振经燃油箱等构件

20、再传到车身上，然后可能产生共振，这就导致更加加强了车内的噪声。 装在燃油箱内燃油泵的油泵壳体的高频振动，传入燃油中，并经过燃油传至油箱壁，后者受激振动而产生辐射噪声。隔音材料是比较容易吸收这种类别的高频噪声，一般是比较难以传递至车内。 3.2.2 燃油箱噪声箱壁厚约5mm的塑料燃油是目前应用较为广泛的，用来贮存燃油。车辆在行驶的过程中，但凡车辆制动、转弯或起步时，燃油箱内的燃油就会受到惯性的作用而在油箱内不断地晃动，通过桩基燃油箱的内壁，引起了燃油箱的振动，产生的噪声传至了车内，这就是液体晃动的噪声。 燃油箱的噪声可以将其分成两大类。第一类是当车辆的运动状态发生变化时，燃油会因受到惯性作用而撞

21、击燃油箱内的表面，从而产生了振动，这种类型的振动通过车身传达到车内。当声音比较沉闷的时候，在透明的塑料燃油箱的台架噪声试验中，可以比较清晰的观察，也能够明显的感受到燃油箱的振动，燃油箱的噪声越强，车辆的减速度越快，燃油箱的噪声越弱，车辆的减速度越慢，即噪声的强弱和车辆的减速度呈正比的关系；第二类是燃油箱在设计的时候，局部的内壁会自带凸起或凹陷结构，而在燃油的晃动过程中一旦进入这些凹凸的区域，在压缩空气后就会产生噪音，再通过空气的传播，这种噪音经常发生在燃油箱的燃油快要接近满油位的时候，燃油箱是没有明显的振动感觉。在实际的应用过程中，比较难以区分燃油箱内两种不同类型的噪声，同时这两种类型的燃油箱

22、噪声也相互影响。 3.2.3 燃油管路噪声从燃油泵到发动机的油轨段，地板燃油管路的材料一般都是用金属管或尼龙塑料管，而在燃油泵和燃油滤清器这两者之间以及发动机舱燃油管路的材料则更多采用的是尼龙塑料管，燃油管路一般都是使用塑料或金属管卡固定在汽油车的身上，这种类型的统称为产生振动噪声的汽油车燃油管路。 燃油管路噪声最为主要的是结构振动的噪声，具体是指汽油车的燃油管路通过激振力的作用振动而产生辐射的噪声8。激振源包括发动机、燃油箱、燃油泵的振动，以及与燃油管路相连接的底盘零部件的振动；由于发动机的工况不同，传至燃油管理的轨内周期性压力波动也不尽相同，在燃油管路的传递下，从而引起了燃油管路载波的振动

23、。发动机、燃油箱、燃油泵等振源在汽油车的启动或者行驶的过程当中发生了振动，再传至燃油管路，进而激发与其通过管卡连接的车身壁板的振动并向车内辐射，从而形成噪声。实际上，因为这些振动是与车外声波激发的车身壁板振动叠加在一起的，因此很难真正意义上将其区分开来。 4 汽油车噪声的控制4.1同时进行零部件单体和系统的优化设计 4.1.1 燃油泵噪声优化过去因采用滚柱泵燃油而产生的压力波动大带来的噪声偏大问题，现采用涡轮燃油泵技术因自带压力调节器已经较好的解决了因压力波动大产生的噪声偏大问题。在膜片波动的调节下，每把压力波动降低到原来的10%20%，就可以相应的降低2014A计权声级分贝的噪声。现市场上普

24、遍的采用内置式的燃油泵技术，为了更好的降低燃油泵的单体噪音，最为需要优化的是燃油泵的振动源，也就是燃油泵的泵芯。在保证燃油泵足够的压力流量前提下，比如通过采用非等距的叶轮，从而改变分布均匀的叶片与泵壳间的相互作用力，避开了周期性的激振。同时可变流量燃油泵流量越大，发动机负荷越大，可变流量燃油泵流量越小，发动机负荷越小，因此，可使用可变流量燃油泵，改善大流量时工作噪声大的问题。 4.1.2 燃油箱噪声优化燃油箱噪声优化主要是通过优化燃油箱本体的结构和减少燃油箱的振动3。 具体的优化方式如下：结构优化：通过在油箱壳体的底部局部设计特定的凹槽、凸起等结构；在燃油油箱内部设计不同的防浪板，为让燃油能够

25、在油箱中均匀迁移，可在防浪板上钻孔。在提高油箱壳体刚度的同时，通过适当阻碍液体运动，亦可在有效减少汽车运动状态改变情况下，减少了燃油对油箱内部表面的冲击以及燃油自身撞击声。 减振：通过在燃油箱壳体与车身接触的部位、燃油箱吊带与油箱的连接处、燃油箱吊带与车身的连接处布置一些减振胶垫或胶带，从而可以达到有效降低燃油箱到车身的振动噪音。 4.1.3 燃油管路噪声优化燃油管路的噪声优化主要从降低管路内油压脉动和隔振这两个方向进行优化9。一是当喷油器喷射燃油的时候，燃油压力脉动会在燃油管路内会产生，为了让燃油压力脉动衰减，可安装油压脉动阻尼器或压力缓冲器，以此弱化燃油管路中的压力脉动的传递、达到降低噪声

26、的效果。二是因燃油管路与车身一般通过硬质塑料或金属的管卡相连接，那么以管路的振动为载体是很容易通过管卡传至车身。参照此原理，可以使用一些弹性材料或元件来制作管卡，也就是说使用减振管卡来削弱和消除振动的传递，从而达到实现减少振动、降低噪音的效果。 4.2减少对发动机气缸内的气体燃烧产生的燃烧噪声如果想要理想有效的控制汽油车噪声，首先可以想办法减少发动机气缸内的气体燃烧所产生的燃烧噪声，这一共有六种方式。发动机燃烧产生的噪声主要是因为在气缸内燃烧时，因为气缸内的气压急剧上升产生了动载负荷和冲击波导致的高频振动，然后再经过相应的零部件固体介质辐射传播出来。所以第一种可以采用的控制方式是给发动机配备隔

27、热活塞，通过配备隔热活塞装置就可以明显有效地增加燃烧室壁的温度，加速发动机内气体燃烧速度，减少气缸内气体停留的时间9。然后可以在气体的燃烧期间，控制对风扇的噪声，从而达到降低燃烧噪声的目的。第二种方式是通过增加压缩比和采纳废气二次循环的技来明显地降低燃油机发动机的燃烧噪声。一般来说，汽油车的燃烧室可以分为直喷式和预燃式两种类型。第三种方式是配置两个甚至多个弹簧的喷油阀，增强燃油的预喷功能，换种方式来说，也就是将本来需要一个循环一次性喷完的燃油现在分两次甚至多次来喷射了，增加喷射的次数就可以这样加快气体在燃烧期内燃烧的速度，滞燃期间内的可燃混合气数量也就减少了，那么噪声也就自然有效达到了降低的效

28、果。第四种方式是增大气压。压力增加可以优化发动机气缸内混合气体达到着火点的条件，通过减少着火的时间，燃油机也就能够更为快速正常运行，从而减少噪音。第五种方式是调整燃油机的供油提前角。发动机经过一段时间的运营后，有关配合件的磨损和相对位置就会发生变化，那么原来的供油提前角就会发生变化，容易导致发动机启动困难，燃烧不完全，排出黑烟气体，加大噪音的产生。因此如果能够提前做到减少供油提前角，那么也会增加喷油的时间，发动机气缸内温的温度和压力条件可以使燃油更快速地达到着火点，减少气体燃烧的滞留在发动机内的时间，从而降低了汽油车噪声。第六种方式是采用一些高燃料来实现延迟着火期的目的，这样在相同的时间和条件

29、内气缸内形成的可燃烧混合气体的数量就会增加，加快燃烧的速度，最终达到降低燃烧噪声的目的。4.3降低对汽车发动机机械本身运动产生机械噪声想要控制汽油车的噪声，还可以直接降低对汽车发动机机械本身运动所产生的机械噪声。这可以通过控制活塞敲击产生的噪声和传动齿轮的噪声两种方式达到降低噪声的效果11。由于制造工艺和气缸工作温度的原因，活塞和缸壁之间存在不可避免的间隙。那么在燃油机的工作运行过程当中，作用在活塞上的气体压力、惯性力和摩擦力的方向就会发生周期性的变化，导致活塞在运动的过程当中反复地由一个侧面接触变换到另外一个侧面接触，这就产生了活塞对缸壁的敲击声，由此向外辐射噪声。具体原理如下图所示：因此控

30、制活塞敲击噪声可以采取活塞销孔偏置的方法，实验证明，当活塞销孔向主推力面适当偏移的时候，由于活塞在上止点附近由一个面接触转变到与另外一个面接触的时间和气缸压力剧增的时间错开了，振动噪声就会相应降低。反之，如果活塞销孔向次推力面偏移时，就会增加活塞的敲击噪声。改变活塞销孔的偏移方式有两种，一个是活塞销孔对活塞轴线偏移，二是气缸中心线对曲轴中心线偏移，具体如下图所示：控制传动齿轮的噪声可以通过说提高齿轮制造、装配精度及降低齿面粗糙度，尽可能采用硬剃、磨齿以及电抛光等先进加工工艺等。严格控制齿形误差，尤其是避免出现节点附近齿形中凹现象。有针对性地采用特定材质的齿轮（比如高阻尼的工程塑料齿轮）来替代原

31、钢制齿轮也可以达到降低噪声的效果；合理布局齿轮的传动系位置亦能够明显地减少曲轴系的扭阵对齿轮振动的影响，另一方式就是在现有结构条件允许的情况下，改变部分齿轮的参考系数，比如尽可能降低齿轮的线速度，缩小齿轮的直径，确定合适齿侧间隙等等都是可以有效降低噪声。4.4控制对汽车发动机维持正常工作所需要的空气动力噪声控制汽油车噪声可以通过控制对汽车发动机维持正常工作所需要的空气动力噪声来实现。气体的内部运动或者与物体互相作用会产生噪声，汽油车发动机在正常运行工作时会受到空气动力的扰动产生局部的压力脉动，并且以波的形式通过周围的空气向外传播而形成噪声。因此，降低流速，减少管道内和管道口产生扰动气流的障碍物

32、，适当增加导流片，减小气流出口处的速度梯度，调整风扇叶片的角度和形状，改进管道连接处的密封性等方面着手都可以从声源上降低噪声。具体来说共有三种方式。第一种方式是可以通过合理的设计和选用空气滤清器来达到降低进气噪声的目的。第二种方式是可以通过合理规划排气管的长度与形状，避免气流产生共振和减少涡流或者采纳高消声技术和使用低功率损耗及宽消声频率范围的排气消声器来实现对发动机排气噪声的置以便能有效提高燃烧室壁温度，有效控制缩短气体的滞留。第三种方式是控制风扇的噪声。在确保冷却风量和风压的条件下可以适当把控风扇的转速来达到降低噪声的目的；亦可采用不均匀分布的叶片风扇来削弱噪声的频谱，通过这种方式亦可明显

33、的减少风扇的噪声；风扇的材质不同也会影响噪声的大小，比如用塑料风扇替代钢板风扇亦可有效降低噪音；另外一种方式是在发动机上配置风扇离合器，这样在能够使内燃机经常处在合适的温度下工作以此减少功率消耗的同时，还能达到降低噪声的良好效果；最后如果能合理布局设计风扇和散热器系统也是能够做到实现降低发动机风扇噪声的效果。五 总结和展望车内噪声直接成为各大整车生产商的最为主要的竞争点之一，而作为汽车的重要组成部分，供油系统的噪声水平更需要控制。燃油箱和燃油泵是供油系统的最为主要的噪声源，在汽车的行驶过程中，燃油箱和燃油泵的振动会传播到燃油管路和车身内，由此噪声辐射到车内。所以，要控制和降低汽油车的噪声，就要源头的设计上进行规避，这样才能够更为高效地规避在开发生产的后期更改所花费的人力和物力。本文通过查阅、参考其余文献，理论分析了汽油车供油系统的噪声产生的机理、来源和传播途径，从而提出控制汽油车噪声的具体措施，对于后续车型的开发和噪声优