我国政府继对车辆排放强制限值之后，又对汽车噪声、油耗等指标提出了强制性限值标准。GB1495-2002《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》，规定在2005年1月1日起，对新认证车型将实施第二阶段噪声限值，M1类乘用车须达74dB(A)。新颁布的GB19578-2004《乘用车燃料消耗量限值》，规定各型车辆也应分阶段达到Ⅰ、Ⅱ阶段油耗限值。这对当前国产的M1类第二类车（下称：轻型车），存在挑战，须进行改进和优化。

欧、美等汽车大国已远远走在我国前面。欧洲经济委员会，加大了对各类车辆噪声排放的限制，在过去20年，乘用车降低了8分贝，卡车降低了11分贝。这些发达国家测试手段、评估流程先进，在设计上，已经使用虚拟设计软件进行噪声、振动预测和改进，同时通过对声音品质研究，开发出不同声音品质车型，一适应不同国家和地区需求。在欧洲，柴油机的噪声振动已经控制在可以配装到乘用车的水平，且柴油机配装比例已超过40%。

我国在80年代就认识到配装发动机噪声水平是决定整车噪声水平的关键因素。但由于种种原因，其噪声水平和低噪声技术能力与先进国家的差距越来越大。究其原因有：（1）执行车辆和发动机的噪声法规力度不够，噪声控制的行政管理制度比国外宽，降噪的研究工作的动力性不够；（2）创造性的关键技术研究不够，仅满足于跟踪和达标的治理；（3）研究队伍和研究条件薄弱，在振动、噪声方面的研究机构缺乏相应的资金、项目支持。由此，造成了我国轻型汽车、发动机及相关零部件在噪声、振动、啸叫或振动舒适性（下称：NVH）研究手段落后、成果转化率低的局面。

本文针对国内外目前在减振降噪方面的现状和差距，借鉴欧美汽车发达国家的降噪设计和试验方法、技术措施和数值仿真分析技术，结合企业实际，探索建立了提高减振降噪水平的发动机产品改进开发技术路线。

1 车用发动机噪声分类及评价指标

发动机噪声可以按噪声辐射的方式分为两类：直接向大气辐射的空气动力噪声和通过发动机表面向大气辐射的表面辐射噪声。进气噪声、排气噪声、风扇噪声属于空气动力噪声。发动机内部燃烧爆发压力产生的燃烧噪声和内部零件在运动机械力作用下产生的机械噪声,是通过发动机的外表面的振动向大气辐射传播的，叫做发动机表面辐射噪声。

表1列出了欧洲整车通过噪声限值及发动机1米噪声控制指标。对乘用车而言，发动机在标定条件下，其1米噪声一般控制在94～96dB(A)，不超过96 dB(A)。若整车未采取额外的屏蔽措施，则发动机1米噪声还应控制在94～95 dB(A)或以下。

表1 当前欧洲整车通过噪声限值及发动机噪声推荐控制指标

国内发动机1米噪声水平与国外同类机型存在一定差异。以2L～3L发动机为例：汽油机一般在95～97dB（A）；柴油机一般在98～103 dB（A）。单纯降低发动机1米噪声并不难，难点在于在降噪的同时，还必须降低油耗、排放，而改进油耗、排放的一些措施，如提高压缩比可以提高热效率，降低油耗，但燃烧噪声会增加。随着国Ⅱ、国Ⅲ排放及Ⅰ、Ⅱ阶段油耗限值的相继实施，发动机降噪设计必须在动力性、经济性、排放等指标之间进行综合平衡和折中。

2 某汽油机原机噪声测试分析结果

通过采用1米噪声测量、燃烧噪声测量、近场声强测量、阶次跟踪测量、振动测量等多种方法对某4缸多点喷射汽油机进行全面测试，发动机原机1米噪声94.8dB（A），搭载为原整车的加速通过噪声76.7dB（A）。发动机主要噪声源在：发动机前端，底部及汽缸体裙部等。对应的发动机主要部位为前端轮系（辅件）、排气、油底壳等。

控制表面噪声一般有三个途径：（1）噪声源的控制和优化，如优化燃烧激励、活塞拍击等；（2）通过改变结构，改变发动机零件的刚度和阻尼，增加噪声和振动在向发动机表面传播过程中的衰减；（3）采取屏蔽措施，发动机表面噪声阻隔在屏蔽空间内。本课题主要从发动机激励、结构传递进行降噪开发。发动机前端主要布置有助力转向泵、空调压缩机、风扇等附件，因其改进可纳入整车改进内容。

3 汽油机改进开发数值仿真

3.1 改进约束边界、目标及主要改进方向

燃烧噪声优化必须兼顾油耗指标，根据对原发动机测试水平、结合当前零部件制造现状，对发动机噪声优化、改进提出如下边界条件：即燃烧室结构形式不做大的改进；最高爆发压力在60bar以内；气门机构不做大的调整。

3.2 油耗约束下的燃烧噪声优化改进

根据以上约束条件，为同时满足油耗指标和燃烧噪声条件，优化改进以进气道长度、压缩比、进气开启相位、排气关闭相位为可变因素，以比油耗、最高爆发压力为约束条件，并参考活塞力、轴承力等参量的变化，针对满足功率、扭矩、燃烧噪声指标进行多目标优化。数值仿真过程采用各可变因素逐一代入经标定的整机热力学模型，遍历计算出各可变因素的参数改变对比油耗、最高爆发压力、活塞力-速度-加速度、连杆轴承力、主轴承力等评价指标的影响趋势，筛选出各可变因素的优化参数值。

3.2.1 整机热力学模型

采用美国GT-POWER发动机热力学CAE分析软件，建立该被评估发动机整机热力学模型如图1所示。整机热力学模型建立后，对该模型进行参数输入和调整，模型中涉及配装整车的进气系统和排气系统的相关参数，如空气滤清器、排气消声器及其管路，参照某研究车型实际参数设置，然后根据原机试验数据进行模型标定。考虑到模拟与试验本身存在一定的差异以及全工况标定工作量太大，因此对该模型仅按原机外特性的扭矩、功率和比油耗试验数据进行了标定。

标定结果表明，在外特性上，模型仿真计算值与实测值的均方相对误差不大于3%，达到工程设计允许的精度要求。可以用于对样机改进设计的数值仿真试验评价和优化分析。为在评价前述可变因素对整机动力性、经济性能影响的同时，考察各因素对进排气噪声影响，在模型的进气口和排气口模块插入了麦克风模块，将进气口和排气口作为点声源，两麦克风与点声源距500mm,并成45°夹角。

图1 被评估发动机整机热力学模型

3.2.2 数值仿真计算结果

数值仿真过程采用各可变因素逐一代入经标定的整机热力学模型，遍历计算出各可变因素的参数改变对比油耗、最高爆发压力、活塞力-速度-加速度、连杆轴承力、主轴承力等评价指标的影响趋势，然后分析比较筛选出各可变因素的优化参数值。数值仿真计算结果汇总列于表2中。

表2 各可变因素对评价指标的影响的数值仿真结果