(4)机械力
活塞、气门、齿轮系等都是噪声的激励源。
对于活塞敲缸噪声,通过活塞偏置等进行姿态控制,使用带膨胀环式活塞等减小活塞和缸套之间的间隙技术,有着非常显著的效果。但是,随着发动机高功率化发展,发动机所产生的热量和机械负荷都大幅增加,以降低往复惯性力为目标的轻量化、减小摩擦损失等对活塞的要求依然很多。针对这些需求,需要平衡与活塞敲缸噪声之间的关系,作为重点课题加以研究。活塞运动的模拟也正在研究当中,由于油膜的作用等还不能完全解释,期待能有更好的研究成果。
气门系的噪声是当气门在导管中运动时,落座的一瞬间的冲击噪声,发生弹跳时所发生的噪声等。近年的发展倾向,包括多气门化和液压挺柱等技术的应用而使运动部分质量增加,为了降低凸轮轴的驱动转矩而减小气门弹簧的负荷,为了提高进排气效率而改进凸轮型线(高行程化、高速化等)。应用这些技术的同时需要考虑对气门系噪声的影响。另外,从声品质或者异响的角度来讲,气门系噪声也非常重要。解决对策有:包括大型柴油机在内的OHC化、凸轮轴直接驱动、增加支撑刚度、运动部分的材料及形状的轻量化等。发动机实际运转时的运动形态分析及模拟等方面的研究报告都能查阅到。
对于发动机,尤其是有耐久性要求的货车用柴油机来说,气门系和辅助机构的驱动齿轮系是不可缺少的重要结构。OHC气门技术的采用使气门的数量增多,随着喷油压力的提高而使驱动转矩及其变化增大,这些因素都带来了非常大的噪声源。发动机驱动系统齿轮,因为需要负荷有正负变化的驱动气门系和喷油泵等,大部分的齿轮噪声是在随着驱动转矩变化的一刻而产生的。解决这一问题的方法,包括小模块化以增加啮合率,采用斜齿轮及弹性齿轮等以减小齿轮间隙,增加阻尼环以控制齿轮的固有振动模态等技术。(https://www.daowen.com)
对于汽油机和小型柴油机而言,多采用齿形带来代替齿轮驱动。正时链的噪声与齿轮相比明显要低,特别是乘用车本身的噪声目标就低,正时链噪声已经成为受到关注的异常噪声问题。正时链噪声虽然主要是齿啮合冲击声和弦振动噪声,但详细的原理还没有正确的解释,正处在研究之中。
发动机除以上所述的声源外,还包括机油泵、水泵、喷油泵、起动机、增压器、超级增压器、空调压缩机、燃油喷嘴等周边辅助机构噪声。这些部分除自身作为声源以外,当受到发动机的激励时也会成为振动源。其中柴油机的喷油泵噪声,随着废气排放对策而采用的高喷射压力化,喷油泵本身的机械噪声及驱动齿轮噪声都大幅增加,成为比较严重的问题。在后续内容中将介绍喷油泵噪声的相关研究报告。
如上所述的各种发动机噪声,从发生源来看具有多发性特征。对各种声源逐一详细分析、研究,综合考虑废气排放、燃油经济性、轻量化等多个性能指标,以寻求最佳的解决方案。