導語

NVH指標已成為評價汽車產品質量和設計能力的關鍵指標之一，近些年來逐漸成為車企業(yè)重要的關注重點。目前，發(fā)動機的噪聲水平對整車的貢獻較大，是整車振動噪聲的主要振源和噪聲源[1]，控制發(fā)動機的噪聲水平，有利于提高整車的聲品質，降低整車噪聲。

國外工業(yè)發(fā)達國家自上世紀60年代末和70年代初紛紛以法規(guī)和標準的形式來控制車輛噪聲，歐共體自1969年制定噪聲法規(guī)以來已經修改4次，限值變化8-12dB，日本自1971年制定噪聲法規(guī)來已經修改10次，限值變化8-10dB，美國1970年制定噪聲法規(guī)來已經修改4次，中國1979年頒布的GB 1495-79《機動車輛允許噪聲》和GB 1496-79《機動車輛噪聲測量方法》， 1980年實施GB1859-1980《內燃機噪聲測量方法標準》，現(xiàn)行的 GB/T1859-2000《往復式內燃機 輻射空氣噪聲測量工程法及簡易法》，GB14097-1999《中小功率柴油機噪聲限制》，GB15739-1995《小型汽油機噪聲限制》等一系列標準的實施對行業(yè)主管部門控制汽車噪聲的過快增長、促進生產企業(yè)和社會公眾提高環(huán)保意識起到了積極作用。隨著汽車工業(yè)的技術進步、激烈的國外競爭，人們對環(huán)境和乘車舒適性要求的提高，都呼喚著我國須盡快修改完善汽車噪聲標準體系。近30年來，人們在發(fā)動機的噪聲機理和降噪技術領域中，無論是噪聲源識別、低噪聲燃燒系統(tǒng)、低噪聲結構優(yōu)化、阻尼降噪技術以及零部件降噪技術等方面取得了令人滿意的結果，對于各種車輛噪聲普遍降低了10dB左右[2,3]，盡管如此，就發(fā)動機的發(fā)展而言，最具挑戰(zhàn)的還是解決排污和噪聲，目前要求減少發(fā)動機噪聲的壓力除了表現(xiàn)在日益嚴格的法規(guī)上外，客戶對舒適性的重視也推動各個廠家去提高自己產品的NVH性能。

發(fā)動機在標定工況下的1m噪聲級與轎車或者卡車的行駛噪聲之間有一個經驗的平均衰減差值，因此發(fā)動機在標定工況下的1m噪聲級必須控制在95-97dB(A)之間才能可靠的滿足原歐工體噪聲法規(guī)定的轎車77dB(A)卡車83/84 dB(A)的要求，而為了滿足歐洲共同體最新的噪聲法規(guī)規(guī)定的噪聲轎車噪聲74dB(A)和和卡車79/80 dB(A)的要求，即使在考慮了各種降噪措施后發(fā)動機標定工況下的1m噪聲級必須控制在93-95dB(A)之內。

對乘用車而言，發(fā)動機在標定條件下，其1米噪聲一般控制在94-96dB(A)，不超過96dB(A)。若整車未采取額外的屏蔽措施，則發(fā)動機1m噪聲還應控制在94-95dB(A)或以下。如今，隨著技術的進步和法規(guī)的發(fā)展，對發(fā)動機的1m噪聲提出了更高的要求。

目前，我國的發(fā)動機1m噪聲水平還很難達到國外同類產品的水平，汽油機一般在96dB(A)以上，柴油機一般在100dB(A)以上，發(fā)動機的噪聲水平整體偏高。發(fā)動機的很多振動噪聲問題都是設計出來以后才發(fā)現(xiàn)的，設計人員往往忽視了在設計起始階段就應該考慮的振動噪聲問題。

發(fā)動機噪聲的控制



圖1 發(fā)動機振動傳遞和噪聲輻射簡圖

圖1為發(fā)動機振動傳遞和噪聲的輻射簡圖，總的來說發(fā)動機噪聲主要可分為三類：燃燒噪聲、流體動力噪聲、機械噪聲。進氣噪聲、排氣噪聲、風扇噪聲屬于流體動力噪聲。發(fā)動機內部燃燒爆發(fā)壓力產生燃燒噪聲，內部零件在運動機械力作用下產生機械噪聲,機械噪聲主要是活塞敲擊噪聲、氣門機構噪聲、供油噪聲和齒輪噪聲。燃燒噪聲、流體動力噪聲、機械噪聲最終通過發(fā)動機的表面輻射出去，發(fā)動機的表面輻射頻率一般在1600-3000HZ之間，控制該頻段的噪聲對發(fā)動機降噪及其重要。

振動噪聲的控制往往離不開對激勵源、傳遞路徑、響應三個方向對振動噪聲的消除和阻隔，目前主要采取主動和被動的控制方式來降低發(fā)動機的噪聲，主動的控制方式主要是從控制激勵源，被動的控制方式主要是在振動噪聲的主要傳播路徑上對其控制以達到阻隔和削弱振動噪聲的輸出響應。

（1）主動控制方式是最直接的控制方式：比如可以采取提高燃燒室的溫度，縮短滯燃期，提高了進氣溫度和燃燒室溫度，提高預噴時間隔和預噴量等措施來降低燃燒噪聲。采用活塞銷孔偏置，如向主推面偏移，減小活塞冷態(tài)配缸間隙，采取調節(jié)活塞，采用橫向隔熱槽降低機械噪聲，通過消聲器來降低進排氣系統(tǒng)的流體動力噪聲。另外，通過優(yōu)化結構，降低發(fā)動機結構振動，通過減小激勵力的幅值，避免激勵頻率與發(fā)動機結構頻率重合或者接近，提高模態(tài)剛度和阻尼可以有效降低發(fā)動機的結構振動。不管何種措施控制目標是降低機體表面振動速度和聲輻射。

（2）被動的控制方式是最易于實現(xiàn)且最方便的控制方式，特別是在結構定型的情況下。比如采取屏蔽措施，發(fā)動機表面噪聲阻隔在屏蔽空間內，增加噪聲在傳播過程中的衰減，采用隔聲罩，在管路中采用消聲器、基礎間加裝隔振器，在殼體外粘貼黏彈性材料以及在金屬件間加入隔聲材料和吸聲材料等，新材料新技術的運用對于降低振動噪聲水平起著十分重要的推進作用，近年來發(fā)展的聲子晶體技術、電磁流變技術、新型高阻尼合金等都有逐漸應用在降噪減振領域，并且取得了良好的效果。
通常噪聲的控制是主動和被動控制的結合，在主動難以實現(xiàn)的情況下，采用被動方式，特別是對于已經設計成型的產品，采用被動的降噪方式可以降低噪聲的同時達到降低改造成本。隨著計算機技術的發(fā)展，專業(yè)的發(fā)動機模擬仿真軟件GT-POWER、機械系統(tǒng)動力學分析軟件ADAMS、發(fā)動機系統(tǒng)動力學分析軟件EXCITE,有限元分析軟件NASTRAN，LMS.virtual lab等的應用,大大提高了低噪聲發(fā)動機開發(fā)的效率，成為開發(fā)低噪聲發(fā)動機的重要工具。在發(fā)動機的設計階段采取試驗和仿真相結合的手段，合理優(yōu)化結構，降低結構共振風險，對主要部件和整機進行模態(tài)分析和聲輻射分析，從而從源頭上達到最優(yōu)的NVH性能。

發(fā)動機噪聲控制目標



近些年來，國內在車內外的噪聲控制主要是從降低聲壓級的角度出發(fā)，大多采取聲壓級來評價噪聲，這樣的評價方法并不能真實的反應產品的NVH性能，聲壓級大的不一定聽起來不舒服，聲壓級小的也不一定悅耳，因為同樣大的聲壓級所展現(xiàn)的聲音質量是不同的，我們用聲品質[4]來描述聲音質量這一概念，有些感覺舒適悅耳，有些令人厭惡，不可接受，人對噪聲的感受不僅僅取決于聲壓級，還有聲音的響度，尖銳度，粗糙度，等與頻率分布有關的參數(shù)，國外在評價NVH性能時往往是主觀客觀相結合，比如國外在進行聲音主觀評價時將其劃分10個不同等級，對每個等級進行打分，由專業(yè)的聲品質評價工程師進行評價，在結合客觀實測數(shù)據給沖綜合評價，總的來說，發(fā)動機的噪聲控制既要降低聲壓級還要保證聲壓級隨著轉速變化的線性關系，同時應該讓聲音頻率的基礎幅值分量分布均勻，避免個別頻率幅值特別突出。做好各零部件之間的模態(tài)匹配以及控制系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的匹配，根據整車的NVH水平目標，合理的安排發(fā)動機的NVH目標，在開發(fā)過程中設置模態(tài)管理的目標，抓住主要振動噪聲的主要貢獻源，有的放矢，做到動力性、可靠性、振動舒適性的、經濟性的綜合考量。

總結

發(fā)動機的噪聲控制是一項系統(tǒng)工程，需要各個子部件之間良好的匹配，在提高加工和裝配質量的同時還要管理好模態(tài)，控制好激勵力，優(yōu)化好傳播途徑，優(yōu)先優(yōu)化主要激勵源，從而設計出高聲品質的發(fā)動機。