首先,发动机噪声水平的评价测试场景可以大致上可以分为三种情况,分别在发动机台架、动力总成台架和整车状态,对发动机的噪声性能水平进行主观评价与对比测试。而对于发动机噪声性能的开发控制与发动机噪声问题的分析诊断,其前提是需要清晰地掌握发动机噪声源的机理特征,以及噪声传递的路径方式,才有机会形成系统性的开发体系与可工程化的措施方案。
本书从汽车NVH性能开发工程师的方面出发,努力将基础理论、产品设计、工程经验和措施方案等方面紧密地融合在一起,可以供汽车NVH性能开发工程师、发动机性能集成开发工程师、汽车动力系统模块设计开发工程师、高等院校振动噪声方向在校学生和科研人员等的阅读参考。
8.3BSG混合动力发动机的前端轮系传动带纵向振动控制与压缩机啸叫275
8.5.4排气歧管的流致噪声CFD仿线怠速关空调工况燃油管路压力脉动引起的车内噪声289
发动机噪声的影响因素有很多,比如发动机类型、燃料种类、结构上的布局、功率大小、排量大小、转速范围、气缸直径、气缸数目和制造装配水平等因素都存在关联性。中小排量的汽车发动机是由成百上千
复杂的零部件组成的,发动机的工作过程是燃料热能从化学能转化为机械能的过程,这种往复式、间歇性和周期性的运转方式必然会导致发动机运动组件和工作介质引起很多类型的振动噪声问题。如图
所示,根据噪声源特征和声辐射方式的差异,可以把发动机噪声分为通过“空气声”路径直接辐射的空气动力学噪声类型,以及通过发动机表面结构辐射的结构振动噪声类型。如果根据发动机运转工况和噪声信号特征的差异,也可大致分为稳态运行工况的发动机噪声(比如,怠速或者定转速工况)、准稳态运行工况的发动机噪声(比如,缓加速工况或者缓减速工况等)、瞬态运行工况的发动机噪声(比如,急加速工况、急减速工况、起动或者熄火等工况),以及发动机运行工况的异常噪声(异响)等。其中,发动机的空气动力学噪声类型最重要的包含进气系统噪声、排气系统噪声和冷却风扇噪声,以及曲轴箱强制通风系统的噪声。在发动机气缸内混合燃料气体的燃烧过程中,不仅需要快速吸入大量的新鲜空气,并且还需要迅速地排出燃烧之后的高温废气,因此,发动机的进/排气过程常常会导致气流摩擦噪声、气体脉动噪声、吸气噪声和排气噪声等。进气系统噪声和排气系统噪声通常是增加管路消声元件来控制,在发动机没安装排气消声器的情况下,排气噪声往往是汽车发动机的最大噪声源。
阶次的空气压力脉动噪声和宽频带的涡流气动噪声,甚至有可能出现气流与冷却风扇系统结构耦合的气弹性噪声问题。而对于直驱风冷式发动机而言,风扇噪声往往是发动机的最主要噪声源之一。
所示,发动机的结构振动噪声类型主要是指通过发动机表面结构振动的间接辐射噪声,或者
通过发动机壳体结构透射出来的内部噪声,其中发动机的表面辐射噪声占绝对的主体成分,最重要的包含有燃烧噪声、机械噪声和
在汽车行业内,对于发动机燃烧噪声概念还没有绝对统一标准的定义。通常来讲,燃烧噪声是由于气缸内燃料混合气体的燃烧过程中,缸内温度和气体压力急剧上升而产生的气体压力动态激励载荷和高频振荡的冲击波,激励起发动机曲柄连杆机构或发动机内部结构的振动,并通过表面壳体振动声辐射的方式或者声透射的方式传播到周围外界的噪声。在某些特殊情况下,搭载
)可变气门技术的多缸发动机燃烧噪声可以借助于进气系统的通路结构传递到进气管口,并向外界传播出气缸内的燃烧噪声,导致车辆加速过程中出现缸内发火阶次相关的异常脉动噪声问题。
其实,汽车发动机的燃烧噪声和机械噪声是很难严格地完全区分的。因为部分的发动机机械噪声也是缸内混合气体燃烧过程间接激励引起的噪声,尤其是曲柄连杆机构系统的机械噪声问题常常与燃烧噪声混淆在一起。因此,如图
所示,根据发动机燃烧过程的激励载荷和传递路径方式的不同,也可大致分为直接燃烧噪声和间接燃烧噪声。其中,假设在曲柄连杆机构没有间隙的理想情况下,由于间歇性的缸内气体脉冲压力作用而产生的噪声,被称为直接燃烧噪声。直接燃烧噪声的传播方式主要有三种,分别是通过发动机上部的缸盖和缸盖罩等部件的表面振动声辐射方式,缸内气体载荷激励缸套并通过发动机
体表面振动声辐射方式,以及通过曲柄连杆机构组件传递到发动机下部的主轴承座和缸体等部件的振动声辐射方式。而考虑到曲柄连杆机构存在动态运动间隙的常规情况下(比如,活塞与气缸壁的间隙、连杆小头与活塞销的间隙、连杆大头与曲柄臂的间隙,以及曲轴主轴颈与轴承座的间隙等),缸内气体压力引起的发动机噪声被称为间接燃烧噪声。在同样的运动机构存在间隙情况下,由于周期性波动的往复旋转惯性力载荷激励引起的发动机噪声,则被称为机械噪声。
其实,燃烧噪声与燃烧模式之间紧密关联,尤其是燃烧过程热量释放的波动特征。即使在发动机的稳定燃烧工况下,燃烧噪声的声源或激励源也是复杂多变和不确定的。因此,根据燃烧过程的化学反应动力学原理和气相反应动力学原理,对直接燃烧噪声和间接燃烧噪声的定义也有不同的学术观点。在燃烧室容积空间存在限制的情况下,直接燃烧噪声的声源与气缸燃烧反应区域的体积膨胀或收缩不稳定过程之间有关联性,这主要是由化学反应过程中热量释放速率波动产生的。而间接燃烧噪声是具有非均匀熵或涡旋分布的流体被加速时产生的附加噪声。当内燃机的缸内燃烧时,燃烧速率的时空变化会产生热粒子和冷粒子。燃烧产生的热粒子与平均流动中的冷粒子之间相互耦合作用,会引起缸内压力的扰动,从而引起间接燃烧噪声。由于热粒子的熵与周围的熵不同,因此这种间接燃烧噪声也被称为
显而易见的,燃烧噪声与缸内混合燃料气体的燃烧过程有着密切的关系。通常来讲,燃烧过程越剧烈,发动机引起的燃烧噪声就越显著。因此,
)发动机的燃烧噪声占比往往也要高于进气道喷射的非直喷发动机,天然气、氢或醇类等代用燃料发动机的燃烧噪声特性,则根据代用燃料的化学性能不同而不一样。而水冷式发动机的气缸外层包裹有冷却水套,具有更好的振动衰减和透声阻隔性能,因此水冷式发动机的燃烧噪声通常要比风冷式发动机的燃烧噪声要更低一些。
关于发动机机械噪声的定义,一般都笼统地表述为发动机运转过程中各种机械零部件系统相互接触、相互撞击或者发生弹塑性变形振动而产生的噪声,最重要的包含曲柄连杆机构系统的机械噪声、配气机构噪声、正时传动系统噪声、燃油喷射系统噪声、燃油供给系统噪声、点火系统噪声、机油润滑系统的机械噪声、水冷循环系统的机械噪声、发动机起动系统噪声,以及发动机附件系统的机械噪声等。很典型的发动机机械噪声问题有活塞敲击噪声、活塞环摩擦噪声、连杆敲击噪声、气门落座噪声、气体弹簧振动噪声、正时链条或传动带的传动噪声、滚子轴承或滑动轴承的噪声、齿轮传动的啸叫敲击、喷油器噪声,以及冷却水泵和机油泵等附件系统部件的工作噪声等。
而发动机的液动力噪声类型最重要的包含水冷循环系统、机油润滑系统、燃油供给系统和燃油喷射系统的流体噪声,这可能涉及气液两相混合可压缩黏性特征相关的复杂流体噪声问题,比如流体压力脉动激发的流动力噪声、高压高速流体
内容简介:本书重点针对发动机NVH性能开发过程中的重点机构和零部件系统分别进行了阐述,共分成8章:第1章为发动机振动激励的基础原理和理论基础部分,主要介绍了单缸和多缸发动机的振动激励分析机理。第2章则详细地阐述了发动机平衡性设计开发的概念方法和常见的衍生NVH问题。第3章从发动机噪声的分类、发动机噪声的测试评价及很多类型噪声的识别分析技术等,并提供了较全面的问题分析排查方法和工程解决措施方案。第4章详尽地阐述了很多类型的增压器噪声问题。第5章介绍了进气系统的NVH性能集成开发流程、常见的进气系统噪声问题、进气系统关键零部件的声学特性分析和进气系统的声增强技术。第6章介绍了排气系统NVH性能集成开发的要素、不同消声器类型的声学特性分析和排气系统的常见噪声问题。第7章介绍了发动机燃油系统的噪声问题。第8章介绍了常见的发动机NVH性能开发典型案例。
张军,工学博士,毕业于上海交通大学机械设计与理论专业,正高级工程师,始终坚守在振动噪声领域研究和车型产品NVH性能开发工作的第一线,擅长快速解决NVH领域的“疑难杂症”,积极开展汽车NVH技术的基础理论研究和流程体系建设,探索汽车NVH技术与智能网联技术的融合实践,积极推动中国自主品牌汽车企业的NVH开发核心技术发展与NVH专业方面技术人才教育培训,已发表学术论文140多篇申请专利40多项,兼任多所高校的研究生指导老师,兼任国内外多个学术期刊的审稿人,现为赛力斯汽车有限公司资深NVH专家。



