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第25章 汽车污染的控制(6)

(3)提高废气再循环率和进气节流

提高废气再循环率就可减小燃烧率,使发动机获得平稳的运转,因此,对降低燃烧噪声有明显的作用。而进气节流可使汽缸内的压力降低和着火时间推迟,故进气节流不但能降低噪声,同时对减少柴油机所特有的角速度波动和横向摆振也有很大的作用。

(4)采用增压技术

增压后进入汽缸的空气密度增加,从而使压缩终止时汽缸内的温度和压力增高,改善了混合气的着火条件,使着火延迟期缩短。增压压力越高,着火延迟期越短,使压力升高率越小,从而可降低燃烧噪声。大量试验证明,增压可使直喷式柴油机燃烧噪声降低2~3dB。

(5)提高压缩比

提高压缩比可以提高压缩终止的温度和压力,使燃烧着火的物理、化学准备阶段得以改善,从而缩短着火延迟期,降低压力升高率,使燃烧噪声降低。但压缩比增大使汽缸内压力增加,导致活塞敲击声增大,因此,提高压缩比不会使发动机的总噪声有很大降低。

(6)改善燃油品质

燃油品质不同,其燃油喷入燃烧室后所进行着火前的物理、化学准备过程就不同,从而导致着火延迟时间不同。十六烷值高的燃料着火延迟期较短,压力升高率低,燃烧过程柔和。因此,为了降低燃烧噪声,应选用十六烷值较高的燃油。

降低燃烧噪声,除采取上述措施改进燃烧过程外,还应在燃烧激发力的辐射和传播途径上采取措施,增强发动机结构对燃烧噪声的衰减,尤其是对中、高频成分的衰减。措施有:提高机体及缸套的刚性,采用隔振隔声措施,减少活塞、曲柄连杆结构各部分的间隙,增加油膜厚度,在保持功率不变的条件下采用较小的汽缸直径,增加缸数或采用较大的S/D值,改变薄壁零件(如油底壳等)的材料和附加阻尼等。

4.空气噪声控制

(1)进气噪声控制

进气噪声的大小与进气方式、进气门结构、缸径及凸轮线型设计等有关。同一台发动机进气噪声受发动机转速影响较大。

控制进气噪声,一方面应设计合适的空气滤清器,在允许的情况下,尽量加大空气滤清器的长度或断面,以增大容积,并保持空气滤清器清洁;另一方面在进气系统设置进气消声器。为了满足进气和滤清的要求以及降低噪声,通常将进气消声器和空气滤清器设计结合起来考虑。对于噪声指标要求较严的客车,往往需要另加进气消声器。非增压柴油机的进气消声器可采用抗性扩张式或共振式消声器,也可采用阻抗复合式消声器。对于涡轮增压柴油机的进气噪声,因其含有明显的高频特性,所以应选阻性消声器或阻抗复合式消声器。

(2)排气噪声控制

对发动机排气噪声的控制,也可以从以下两个方面采取措施:

①一方面可以对噪声源采取措施,这需要从排气噪声的发生机理分析入手,采取相应措施。在不降低发动机性能、不对排气系统作大改动情况下,改进排气歧管的布置,使吹过管口的气流方向与管的轴线方向夹角保持在最不易发生共振的角度范围内;合理设计各歧管的长度,使管的声共振频率错开;使各排气歧管管口及各管之间连接处都有较大的过渡圆角,减小断面突变,避免管口的尖锐边缘,以减弱声共振作用;降低排气门杆、气门、歧管和排气管内壁面的表面粗糙度,以减小紊流附面层中的涡流强度;在保证排气门刚度和强度的条件下,尽可能减小排气门杆直径等。

②另一方面的措施是采用排气消声器和减小由排气歧管传来的结构振动。排气消声器是普遍采用的最有效的降噪措施。为了控制排气歧管传递的结构振动,可改进排气歧管结构以获得适宜的振动传递特性,或对排气歧管采取隔振措施,均可起到控制振动、降低噪声的目的。

实用的汽车排气消声器一般为多个扩张腔用穿孔管和穿孔板连接而成的多级消声器,级数越多消声量越大,且高频消声效果就越好。但消声量并不随级数增加而按比例增加,5级以上时,再增加级数消声量增加就微小了,故一般消声器的级数都在2~5级内选取。例如,大型汽车消声器多选2~4级,内部结构采用扩张和穿孔结构相结合;中型货车消声器基本上是3~4级,内部结构比较复杂,有穿孔管结构、旁支共振腔结构和扩张腔结构等;轻型汽车消声器则基本上采用4级或5级,其内部结构更加复杂。

(3)风扇噪声控制

控制风扇噪声可以从以下几方面着手:

①适当选择风扇与散热器之间的距离。实验表明,汽车风扇与散热器之间的最佳距离为100~200mm,这样既能很好地发挥风扇的冷却能力,又能使噪声最小。

②改进叶片形状。因为风扇叶片附近涡流的强度与叶片形状有密切关系,故可改进叶片形状,使之有较好的流线型和合适的弯曲角度,从而降低涡流强度,达到控制噪声的目的。

③选择合适的叶片材料。试验表明,叶片材料对其噪声也有一定的影响。铸铝叶片比冲压钢板叶片的噪声小,有机合成材料(如玻璃钢、高强度尼龙等)叶片比金属叶片噪声小。

④装风扇离合器。汽车行驶过程中风扇必须工作的时间一般不到10%,因此装风扇离合器使风扇仅在必要的时间工作。这不仅可以减少发动机功率损耗和使发动机经常处在适宜的温度下工作,还可起到降低噪声的作用。

⑤合适的叶片角度。叶片非均匀分布,如四叶片风扇的叶片间夹角布置为70度和110度,可有效降低风扇噪声频谱中那些突出的线状频率尖峰,使噪声频谱变得较为平坦,从而起到降噪作用。

底盘噪声控制方法

底盘噪声主要来源于传动系和轮胎,而传动系噪声主要来源于齿轮和传动轴。

1.齿轮噪声的控制

影响齿轮噪声的因素主要有齿轮的设计参数(如结构、材料、啮合率、压力角、模数、齿形修正和与之相配的轴与轴承等),齿轮加工精度(如各种加工误差、表面质量和热处理等),装配精度(如齿隙、接触面大小、位置和装配力矩等)及使用条件(如转速、负荷、润滑及工作条件等)。控制齿轮噪声措施如下:

(1)合理选择齿轮结构形式和改进齿轮修正设计

对于圆柱齿轮,按噪声大小排列顺序为:直齿、斜齿、人字形齿;对于锥齿轮按噪声大小排列顺序为:直齿、螺旋齿、双曲线齿。从控制齿轮噪声角度出发,宜优选低噪声齿轮结构。

选择齿轮参数时,增加重叠系数,减小齿轮间的相对滑移和冲击,使齿轮在工作过程中保持平稳。因此,首先要选择大重叠系数的啮合副,但应注意重叠系数不宜过大,尤其是在齿轮精度不高的场合,因为多对齿轮同时啮合反而会加剧振动,增大噪声。啮合副形式一定时,增大齿轮模数、减小齿轮压力角,也可以使重叠系数增加,从而降低齿轮噪声。其次选择齿宽的大小要适当,以保证齿隙大小合适。齿隙过大,齿轮工作时有较大冲击;而齿隙过小,轮齿啮合时排气速度增加,齿轮间容易发生干涉,都将使齿轮噪声水平上升。

齿轮转速加倍,噪声增加约7dB。因此,齿轮设计时应注意限制其工作转速,以防齿轮噪声过大。

(2)改进工艺,提高加工精度

提高齿轮制造精度,降低各种误差和轮齿表面的粗糙度,均可以有效地降低齿轮噪声。国外对齿轮研究表明,齿轮制造精度等级提高一级,传动噪声可降低7~10dB。采用磨齿、研齿和剃齿均可达到较高加工精度,从而有效降低噪声。齿形修缘可以改善轮齿的受力情况,也是降低噪声的有效措施。

(3)正确安装合理使用

安装齿轮时,必须满足精度要求,使两啮合齿轮的轴心线平行度限制在允许范围内,各部位的间隙应适当调整。在齿轮使用时,要正确选用润滑剂,保持齿轮合适的润滑状态,以减小齿间摩擦,吸收振动能量,降低工作噪声。

(4)齿轮阻尼减振措施

在齿轮基体上加装合适的阻尼减振材料,能有效抑制齿轮振动幅度,阻止其向外辐射噪声。实际生活中常采取的阻尼减振措施为:在齿轮轮缘处压入摩擦系数较大的材料制成的环(如铸铁环等),在轮辐上加装橡胶垫圈(如聚硫橡胶圈);在轮辐等噪声辐射的主要表面涂敷含铅量高的巴氏合金等阻尼材料。

2.传动轴噪声控制

传动轴噪声控制措施主要有:

①提高传动轴刚度,保证传动轴动平衡。由于传动轴振动主要是其质量不平衡和弹性弯曲所致,因此控制传动轴噪声时,首先应考虑提高传动轴刚度和动平衡,以减轻振动。因此使用中应经常进行传动轴平衡校正,因为花键、十字轴磨损、传动轴变形或装合差错均会引起传动轴的不平衡。

②消除不等速万向节带来的传动轴转矩和转速的波动,减小传动轴工作时的振动。控制万向节最大允许夹角在50以内,最好选用等速万向节。

③传动轴中间支承对其振动和噪声也有较大影响,特别支承座与吊耳间的隔振措施。在支承座与吊耳间加装隔振橡胶衬套,可以阻尼传动轴振动通过中间轴承向车身的传播。

④汽车使用中,应注意保持对传动轴各润滑点的正常润滑,避免因磨损而使间隙增大。修理汽车时应对传动轴重新进行平衡,消除万向节径向间隙,可采用滚针轴承端部具有弹性的万向节,以便给十字轴以适当的预紧力。

3.轮胎噪声控制

影响轮胎噪声的因素很多,对此系统的控制措施主要有以下几个方面:

①改进轮胎结构。降低轮胎花纹接地宽度与轮胎直径的比值,采用变节距轮胎等,对降低高速行驶车辆的轮胎噪声效果相当明显。

②合理选择使用轮胎。根据汽车使用地区和使用条件的不同,合理选择轮胎结构与花纹形式。在满足使用要求的条件下,应优先选用子午线轮胎和纵向花纹或接近于纵向花纹的轮胎。以东风EQ1090汽车为例,在平原条件下使用条形花纹子午线轮胎,轮胎噪声可降低2~8dB。

③控制轮胎噪声的传播途径。在轮胎与车身的连接之间加装弹性阻尼隔振装置,以衰减轮胎振动向车身的传递,可以达到间接控制噪声的目的。

④在汽车行驶中,适时调整轮胎气压,控制行驶速度和加速度,均可降低轮胎噪声。

⑤改善道路质量,减少弯道和坡道。合适的路面粗糙度也可起到控制轮胎噪声的目的。路面粗糙度以0.5mm(平均纹高)为宜,在此基础上,若粗糙度每增加1倍,噪声将增加6dB;粗糙度每减小1倍,噪声减少2.5~3dB。

七、汽车电磁波公害与防治

汽车电磁波公害的来源

电磁波干扰通常是指汽车及其车载装备在运行时产生电磁能,以电磁波的形式向周围辐射,干扰其周围数百米范围内的收音机、电视机和其他无线电装置的正常工作。同时,随着电子技术在汽车中的应用程度的提高,电磁能以多种形式干扰车载无线电通信和汽车电子电器设备的正常工作。电磁波干扰(即电磁波公害)不但污染了车辆周围的环境,而且影响了车辆运行的安全性和可靠性。

电子技术中对电磁波的定义为:一个快速来回流动的电流,产生不断反复变化的电场和磁场,此现象称为电磁振荡,由电磁振荡产生的波就称为电磁波。

电磁波是以光速传播,每秒30万千米。每种波都有固定频率。应用最多的电磁波是无线电波,按波段划分,有长波、中波、短波和微波。广播电视、卫星通信大部分工作在短波波段,而大部分雷达工作在微波波段。无线电波仅是电磁波中的一种,可见光、红外线、紫外线、X射线和γ射线等都是电磁波,只是它们的波长比无线电波要短很多,紫外线的波长为0.39~0.04μm,X射线波长为0.4μmm。电磁波虽然看不见,摸不到,但它是一种客观存在的物质,用专用仪表可以很容易测出电磁波的功率。

电磁波是以波动形式存在的电磁场,它可以脱离电荷和电流而在空间传播,它的传播不需要介质。现在,我们要进一步说明电磁场脱离电流和电荷而辐射的基本原理。

相对静止的电荷周围存在着电场。这个电场依附于电荷,它不会脱离电荷而在空间自行运动。当电荷做匀速运动时(例如直流电),除了电场之外,还存在着磁场。这个磁场依附于电流(匀速运动的电荷),它也不会脱离电流而在空间自动行进。当电荷加速运动时,就有电磁场脱离运动电荷而在空间中自动传播。电荷加速运动中最典型的就是正弦交流电。这种交流电必然会产生脱离波源的电磁波。此外,在电场建立的初期(例如电容器的充电)和消失过程(例如电容器的放电)中以及在磁场建立的初期(例如接通电感电路)和消失过程(例如与电感电路断开)中,都由于电荷作加速运动而有辐射。不同的是,当正弦交流电达到稳定状态时,辐射的电磁波也是稳态的;电感和电容中的电流和电压发生瞬态变化时,辐射的电磁波是瞬态脉冲波。日常生活中我们观察到的电灯开关,日光灯启辉,汽车经过时对收音机和电视机的干扰等都是这种加速运动电荷(即交变电流或脉冲电流)产生电磁波辐射的结果。

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