發動機振動與噪聲成因與解決方法研究

梁建國

摘要：在汽車駕駛和發動機運行中，由于發動機自身技術和結構特點、燃料燃燒程度等因素，容易在運行中出現振動、帶來噪聲，不僅會給駕駛者帶來不佳的體驗，更會影響總體汽車的穩定性、安全性。因此，解決上述問題、制定有效的解決方案十分有必要。本文從技術角度出發，對發動機出現振動現象、噪聲問題的原因進行分析，并提出相應的解決辦法，以更好地解決這方面的技術問題。

關鍵詞：發動機;振動;噪聲;成因;解決方法

中圖分類號：S219.031? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）05-0123-02

0? 引言

從廣義角度看，汽油發動機是借助汽油這一燃料介質，在汽車行駛中將燃料的內能轉化為汽車的動能。鑒于汽油燃料本身的粘性小、蒸發快等特點，選用這一燃料能通過汽油噴射技術系統進入氣缸內部，然后經過處理使其處于一定的溫度和壓力水平，再通過火花塞技術組件點燃，這就使氣體能夠進行膨脹做工。在汽車上搭載汽油發動機，主要原因是其具有相對簡單的技術結構，且造價成本相對較低、實際運行狀態穩定、維修操作便捷。目前，汽油發動機已經廣泛運用到多種現代設備中，如何妥善處理發動機運行中存在的振動、噪聲問題已經成為人們關注的重點。本文正是圍繞這一點，進行具體成因的探討和分析，并提出有效的解決方法。

1? 汽油發動機設備振動現象與噪聲現象簡述

1.1 振動現象與噪聲現象的概念

從振動現象來講，是在技術狀態下運動過程，也可以看作物體往復運動。通常，人們將振動現象判定為消極的技術因素，主要是由于其會給機械設備內部的組件帶來更大的磨損、疲勞，從而導致機械設備可用壽命縮短。但是，振動也有一定的應用價值，如振動研磨加工技術、振動消除內應力技術、振動篩選加工技術等。對于噪聲而言，物理學中將其定義為物體在無規則運動中產生的聲音，這些聲音往往會給人們生活、學習、生產和工作帶來不良影響，甚至會在人們接收重要聲音或信息時帶來干擾。

1.2 汽油發動機振動現象與噪聲現象的主觀評價

對于汽車駕駛者、使用者而言，汽車發動機產生的振動和噪聲與使用者的主觀認知具有一定相關性。不同駕駛者在使用汽油發動機時，往往會對設備運行帶來的振動和噪聲具有不同的喜好程度。例如，部分汽油發動機使用者更傾向于運動型交通工具，追求較為激烈的駕駛行為，這些使用者期望發動機能夠在運行時產生較大轟鳴聲。同時，也有汽油發動機的使用者更傾向于安靜的駕駛環境，這部分使用者則希望發動機能在駕駛中產生較小的聲音。

1.3 汽油發動機振動現象與噪聲現象的客觀評價

在對發動機振動和噪聲進行客觀分析、評價時，應當注重以下幾方面：汽車行駛中底板傳來的聲音、車椅給人體帶來的振動、汽車方向盤給駕駛人帶來的振動、能夠傳遞給乘客或駕駛人的聲音、座椅軌道部件振動等。

2? 發動機設備產生振動與噪聲現象的因素分析

2.1 齒輪進行嚙合傳遞因素

在齒輪組件在運行中出現的噪聲，主要是體現在汽油發動機設備內，在齒輪的傳動角度出現變化時出現的技術響應。在運行中，噪聲的產生是軸承組件、齒輪組件、傳統系統機座組件等部分的共同作用，激勵源產生于齒輪的相互嚙合處，再經過多種連接技術形式傳遞給車體結構。在齒輪組件嚙合中出現的噪聲大多呈現為“嗚嗚”聲，其主要頻率在200-1800Hz。

2.2 節氣門進行打開/關閉操作因素

節氣門是發動機設備內部的重要組件，不論是執行打開還是關閉操作，都會讓發動機傳統系統及時進入瞬態響應階段，在發動機內部出現擺動情況時，處于扭轉反向狀態的發動機設備轉動速度也會出現變化，在變化中也會受到傳動系統中旋轉余量的影響。在出現擺動幅度不斷增強的情況時，扭轉脈沖信號將借助驅動輪組件、懸架組件等部分傳遞到整個車體，這就引起了振動、噪聲情況的發生。在汽油發動機設備運行中，若出現扭矩速度不斷增加的情況，實際引起的瞬態響應也會表現得更加劇烈。在進行節氣門打度時，主要是依靠發動機產生的通矩增加幅度，這一參數需要進氣歧管組件的容積進行限制。不難發現的是，這兩個技術參數間存在一定的指數關系。當瞬時空燃混合物能夠穩定在均勻技術條件時，進氣歧管組件的容積也會具有較大的容積參數，發動機設備扭矩增加的速度也會變緩。

2.3 離合器分離/結合因素

在汽油發動機設備中，導致振動和噪音現象的原因也產生于離合器組件。在發動機設備處于高檔位運行狀態，且汽車行駛速度范圍在30-40km/h時，振動、噪聲現象的產生往往表現十分劇烈。目前，諸多車輛在安裝中帶有自鎖變矩器傳動軸，在變矩器組件處于開放狀態條件下，發動機設備的轉速參數往往會開始逐步遞增，甚至會超出既定抖動限制范圍，這就會使發動機產生的扭矩脈沖處于被過濾狀態。在這樣的工作狀態下，相比于汽車的后輪驅動，汽車前輪驅動出現振動現象、帶來噪聲問題等情況較為嚴重。

2.4 發電機進行運轉時噪聲因素

在發動機設備進行實際運轉時，需要發電機維持較高的轉速水平。從這一層面看，發電機也是引起發動機設備出現振動、噪聲現象的主要部件。通常發電機比參數大概設定為3.3，也就能使其轉速在6000r/min左右浮動。但是，若發電機組件部分進入高速運轉狀態，隨之導致冷風扇部分組件、不平衡力帶來的噪聲更加嚴重。從NVH的觀點出發，對發電機轉速參數進行控制，在將其降低的同時，保證汽車車體支架安裝結構的剛度，這樣就能實現激勵源的控制和降低。在汽車發動機工作狀態下，傳動比水平主要取決于發電機組件的冷卻需求，這就必須將發動機艙內的空氣流因素、發電機技術組件的安裝位置等因素置于優先考慮范圍。

2.5 進氣系統因素

發動機設備中進氣系統也是影響振動和噪聲問題的重要部分，主要由以下幾方面：

①要想有效控制振動和噪聲現象，不可忽視的因素就是消音組件的容積。在通常發動機工作狀態下，若消音技術組件的容積越大，就能夠提供更好的技術支持。在汽車的四缸汽油發動機設備中，往往需要配備有10-15L的消音技術容積。

②在選取進氣管組件的位置時，需要全面地分析和考量多種基礎影響因子。從噪聲源控制角度出發，位置設定需要考慮到多種雜質或物質進入發動機的進氣系統，如灰塵、雪、水等，要保證氣體能夠在進氣系統中流暢循環，控制好進氣門與節氣門間的距離和空間。

③為了控制進氣口位置的噪聲強度，可以采取以下兩種方法：其一，應將進氣管組件伸入到空氣濾清器組件內部;其二，將赫爾姆茲消音器組件串聯使用。在實際發揮的控制效能上，只安裝單個赫爾姆茲消音組件，只能起到控制消除某個頻率以及附近頻段的噪聲，通過將兩個赫爾姆茲消音器組件進行串聯，就能同時控制兩個頻率范圍的噪聲。

④增加柔性管是控制振動現象的有效方法，需要將其加裝在空氣濾清器技術殼體結構和進氣歧管組件之間。從基礎技術角度出發，柔性管本身不具備較強的剛度，這就能將發動機運行中產生的振動情況隔離開來，使得車體承受的振動強度較小。同時，也可以在車體結構與托板結構間加裝橡膠墊，以更好地將進行控制和處理，使進氣系統與車體振動的現象相互隔開。

2.6 排氣系統因素

①空氣動力帶來的噪音。在發動機運行時，發動機機艙內的空氣流往往處于穩定狀態條件下。受到排氣管道組件直徑、基本結構的影響，發動機設備的空氣動力會帶來噪聲。例如，在發動機設備運行，且處于低速運轉的工作狀態時，伴隨而來的就是空氣動力噪聲。

②沖擊帶來噪聲。除了發動機內的穩定空氣流，排氣管道內也容易出現不穩定氣流，這些分布的氣流會給管道組帶來較大的沖擊，從而產生沖擊噪聲現象。不難發現，排氣的多支管組件的彎曲部分存在弧度過小的情況，使得發動機設備帶來的氣流沖擊排氣管道，這時就產生了劇烈的沖擊噪聲。

3? 汽油發動機設備振動現象與噪聲現象的有效解決方法

3.1 加強筋處理

從發動機設備的總成結構出發，為了使其獲得較高硬度數值，應采取加強筋處理的方案，較少發動機設備本身的重量，使其制造成本大大降低，從而更好地控制和削弱發動機帶來的振動和噪聲問題。在具體實施中，要通過使用兩個螺栓形成穩定連續的連接面，確保加強筋材料長度能夠支持最大連續。再者，在加強筋材料的布置上，要從空間區域和空間角度兩方面入手，分別考慮模態變形最大值的和維持彎曲模態振型全息成像下邊沿。其次，在對發動機內部的加強筋進行處理時，要確保加強筋材料能夠與發動機配件凸臺部分能夠順利混合，只有達成這一條件，才能為發動機提供剛性連接點支持。此外，在諸多實際運用的場景中，出現在發動機設備的加強筋，應能夠與鑄件結構相銜接，使得材料單位的組合技術性能得以發揮?；谶@一步驟，通過增加加強筋材料的運用數目、增設斷面結構層的數量，使得發動機在鑄件加工中更加穩定，更有利于減少和控制廢料的產生。

3.2 深裙式氣缸體

對發動機缸體部分進行拓展，能夠使變速箱中的連接螺栓與缸體本身的跨度得到增加，需要注意的一點是進行拓展處理的位置在曲軸中心線的下部。在具體操作中，先從高度看，要將原本處于較低位置的凸耳組件提高到與油底殼結構上表面相同的高度位置，再從水平跨度看，要使飛輪殼結構寬度與其水平跨度能夠和諧一致。在確定處凸耳組件的固定位置時，需要找準油底殼結構連接螺栓的中心線外側再加以固定，確保能夠在整個缸體結構上以較好的角度展開。對深裙式缸體的油底殼組件而言，其本身出現的結構變化并不會給剛度參數帶來影響，這時更需關注的是鑄造工藝和水平，通過優化和提升生產水平，對各部分組件的安裝、調試進行干預，能夠在發動機設備內部更好地解振動、噪聲現象，也能達到良好的優化效果。

3.3 油底殼結構

在發動機設備的油底殼的結構出現變化時，與變速箱組件、發動機設備相連的螺栓跨度參數也會出現增加，這一技術條件的變化能夠為曲柄中心線提供夾緊力支持。為了更好地優化和解決噪聲、振動現象，要重點關注發動機設備與油底殼間的密封條，確保兩者間的密封性。

4? 結束語

綜上所述，當前的城市中出現的汽車交通工具越來越多，伴隨而來的就是發動機所帶來的振動、噪聲情況，幫助更多人解決汽車發動機設備的振動和噪聲問題已經迫在眉睫。為了更好地為駕駛者提供良好的用車體驗，保證發動機設備穩定、安全運行，需要逐個查找、分析導致上述問題的原因，通過科學而系統的分析，制定相對的干預和操作方案，為汽車發動機發揮出最優效果提供技術支持。

參考文獻：

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