Автомобиль и шум

Кажется, что эти два понятия неразделимы. И в самом деле, с самого своего рождения автомобиль стал одним из самых интенсивных источников шума. По мере совершенствования конструкции шум уменьшался, но, в то же время, возрастало число автомобилей, мощность их двигателей и скорость движения. И сегодня, несмотря на очевидный прогресс в автомобилестроении, различного рода шумы продолжают оставаться серьезной проблемой.

Демпфирующая опора с гидроэлементом. Полости А и Б заполнены жидкостью

Прежде, чем решить проблему борьбы с шумом, необходимо выяснить, звуки каких частот в этом шуме преобладают. Это связано с тем, что звукоизоляция и звукопоглощение материалов сильно зависят от частоты, причем для разных материалов эта зависимость также различна.

Звукопоглощающие конструкции можно разделить на три типа: пористые, панельные и резонансные.

Пористые материалы – поролон, войлок, резина, минеральная вата, стекловолокно и т.п.

Панельные поглотители обычно выполнены в виде пластины, находящейся на некотором расстоянии от стенки. На резонансной частоте пластина начинает интенсивно колебаться и за счет внутреннего трения происходит гашение колебаний. Панели изготовляют из фанеры, стеклопластика, металла с нанесенным демпфирующим материалом.

Схема автомобиля, на которой показаны система охлаждения и капсула: 1 – направление потока охлаждающего воздуха; 2 – система охлаждения; 3 – верхняя часть капсулы; 4 – выпускная система; 5 – нижняя часть капсулы

Резонансные поглотители обычно делают в виде перфорированных панелей. Для повышения трения на панель обычно натягивают легкую ткань. Разновидностью резонансного поглотителя является перфорированная винилискожа, дублированная тонким слоем поролона.

Основным источником шума является двигатель. Интенсивность шума зависит от типа, конструкции и режима работы. Чем резче нарастает давление в цилиндре, тем больше высокочастотных составляющих в спектре и выше общий уровень шума.

Дизель с непосредственным впрыском наиболее шумен из всех двигателей внутреннего сгорания (ДВС). И именно он установлен на подавляющем большинстве грузовиков, тракторов и спецавтомобилей. Его шум практически не зависит от нагрузки и особенно неприятен на холостом ходу. Если дизель оснащен турбокомпрессором, его шум снижается, хотя в спектре могут появиться высокочастотные составляющие.

Дизель с предварительной камерой менее шумен из-за плавного нарастания давления, но на высоких оборотах (а они, как правило, выше, чем у дизеля с непосредственным впрыском) его шум также достаточно велик.

Шум бензинового мотора сильно зависит от нагрузки и оборотов, т. е. от рабочего режима. На холостом ходу и при равномерном движении этот двигатель гораздо тише дизеля, но при интенсивном разгоне может даже превзойти последнего.

Резонаторы

Двигатели с воздушным охлаждением шумнее своих «водяных» собратьев. Это связано с интенсивным излучением шума ребрами охлаждения цилиндров, отсутствием водяной рубашки, поглощающей звуки, а также более мощным и шумным вентилятором.

Существует три принципиальных возможности снижения шума, издаваемого агрегатом. Первая – это уменьшение зазоров в сопрягающихся деталях, снижение действующих сил, применение безударных, плавных процессов. Вторая – это снижение излучающей способности корпуса, повышение его жесткости, улучшение демпфирования. И, наконец, третий способ – борьба с шумом на путях передачи от источника до излучающей поверхности (применение для корпуса материалов с высокой способностью к поглощению колебаний, крепление крышек через эластичные прокладки и т. п.).

В общий шум тяжелых транспортных двигателей вносит весомый вклад система выпуска. Эффективность глушителей должна быть не менее 20-25 дБ. В совершенных конструкциях применяются глушители почти исключительно реактивного типа как более долговечные и не меняющие своих характеристик с течением времени. Каталитические нейтрализаторы, все шире применяемые во всем мире, являются своего рода последовательным активным глушителем, поэтому с их использованием выпускная система может быть упрощена. То же можно сказать и в отношении систем с турбонаддувом, так как турбина отнимает у газов их энергию и сглаживает пульсацию потока. Глушение шума впуска обычно не вызывает особых затруднений и достигается увеличением объема воздушного фильтра. Наиболее эффективным способом уменьшения шума силового агрегата является его полное капсулирование.

Шумозаглушающий кожух, закрывающий силовой агрегат снизу

Отдельную проблему представляет шум от вибрации двигателя, передающийся на кузов. Уменьшение этого вида шума обычно достигается достаточно эффективными демпфирующими опорами, поглощающими как высоко-, так и низкочастотные составляющие. При особых требованиях к комфорту опора может быть достаточно сложной конструктивно, в том числе и с гидравлическим демпфером колебаний.

Шум трансмиссии по сравнению с шумом двигателя конечно не столь велик, однако и он вносит свою долю в общий шумовой поток. Так, на расстоянии 7,5 м шум от коробки передач составляет 65-80 дБ. У тяжелых грузовиков, тракторов, дорожных машин эта величина еще выше из-за большого числа зубчатых зацеплений, валов, карданных шарниров и т. п.

Аэродинамический шум и шум от шин проявляются практически только на скоростях свыше 70 км/ч. Для их уменьшения следует улучшать аэродинамику автомобиля, устранять выступающие острые детали, щели кузова, водосточные желобки, зеркала «неаэродинамической» формы, открытые щетки стеклоочистителей и другие детали.

«Шинный» шум сильно зависит от рисунка протектора и состояния дорожного покрытия. Известно, что сильнее шумят шины с «вездеходным» рисунком. Радиальные шины имеют большую склонность к передаче вибраций, чем диагональные. Неравномерное расположение элементов протектора и увеличение «сложности» его рисунка позволит растянуть шум на более широкой полосе частот, и такой вид шума менее раздражает, чем тональный.