发动机表面辐射噪声及其控制

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发动机的燃烧激振力和机械激振力通过各个结构零件传递到发动机的外表面上，形成表面的振动响应。发动机表面的振动又激发相邻空气介质质点的振动，形成声波向外辐射，即发动机的表面辐射噪声。
为使发动机表面辐射噪声减小除了在燃烧激振力和机械激振力的产生根源上采取措施之外，还要在这此激振力的传递途径上和表面辐射噪声的效率方面采取措施，最终达到有效控制发动机噪声的目的。为此，需要研究激振力和结构响应之间的关系、表面振动与辐射噪声之间的关系以及发动机表面噪声的分布状况等方面的问题。
发动机结构为一复杂的机械系统，可视为多自由度振动系统，其激振力和结构响应之间的关系可通过脉冲响应函数来确定，也可通过有限元计算或试验模态分析的方法来确定发动机结构的主要阶次模态参数，其中，固有频率和振型对控制发动机和噪声有特别重要的意义。因为结构以某一阶模态振动时，将在其辐射噪声频谱上出现下一个峰值。若峰值过高，则将对整个结构辐射噪声的强度产生较大影响，此时可考虑根据该阶振动的形状采取相应的措施，以改变该阶模态的固有频率、阻尼、刚度和质量分配等，使结构的固有频率向不易策动共振的区域。
表面辐射噪声可用表面振动速度或速度平均均方值来表示，在近似关系
Lp=20lg（ρ0c0）+10lgv2+10lgσ+10lg -10lgp0
其中：LP—测量表面声压级，dB；
    ρ0c0—空气介质的特性阻抗，Pa•s/m
v2—表面振动的时间空间平均速度的均方值，m2/s2
σ=WR/WP—辐射系数，与辐射表面的结构型式、振动频率及振型等有关；
    WR—表面辐射声功率、，W；
WP—表面振动功率，W；
S、A—规定声场中的表面积和振动表面积，m2；
P0=2×10-5Pa—参考声压。
由于控制发动机表面噪声受发动机工作原理和性能要求方面的限制，在技术上难以采取降噪措施，即便采取措施，降噪也很有限。实践表明，在结构上阻断激振力的传递或降低表面声辐射效率，可大幅度地降低表面辐射噪声，有效控制发动机噪声。其具体措施为增加结构刚度和阻尼，减少辐射表面面积。
下面是发动机表面辐射噪声的几个结构响应和控制措施：
⒈缸体—曲轴箱 其刚度较差，振动较大，是表面噪声辐射的主要部分，同时其振动又传给壳体等重要的辐射噪声表面，使振动加剧。因而是控制表面辐射噪声的基本途径。
产生辐射噪声的具体原因：当缸体—曲轴箱按某阶振型振动时，其壁面呈弯曲状的振动，从而产生噪声。
控制措施：通过增加壁厚、加肋、改进曲轴箱结构、增加中隔板及采用整体式轴承梁或轴承座等方法来提高其刚度，使结构固有频率升高到结构衰减系数较大的区域，从而达到降噪的目的。
⒉罩壳类零件   具有壁薄和表面平而大的特点，是主要的表面辐射噪声源。
控制措施：㈠增强其刚度，提高其固有频率。
㈡敷贴阻尼材料。
⒊固定在发动机上的各种盖板
    控制措施：㈠隔振：在其间使用隔振层
            ㈡涂加阻尼材料。

除以上措施之外，还可对发动机整机或部分构件采用隔声措施，以满足日益严格的噪声控制法规的要求。常用的隔声方法有局部隔声、全封闭整体隔声罩和隧道式隔声罩等

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关于发动机表面辐射噪声及其控制，这是一个关键的汽车技术话题。发动机的噪声辐射不仅影响驾驶体验，也是评价车辆性能的重要指标之一。

发动机的噪声辐射主要来源于燃烧过程、机械摩擦以及表面振动等。要控制这些噪声，首先应从优化设计发动机结构开始，比如优化活塞运动部件和燃烧系统以降低燃烧噪声。此外，采用先进的隔音材料和结构也能有效减少噪声传播。同时，振动控制也是关键，可以通过改进曲轴平衡、优化发动机悬置等方式实现。总的来说，这是一个涉及多方面因素的复杂问题，需要综合考虑多种技术手段进行系统优化。