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汽车发动机噪声控制技术研究

作者:安全管理网  来源:安全管理网 
评论: 更新日期:2011年09月07日

 前言

  噪声是工业社会带来的副产品,它与大气污染和水污染一起被认为是当今世界三大公害。与其他两个公害相比,噪声的影响面最广,感觉最直接,人们反映也最多。汽车作为一种主要的交通工具日益普及和增长,因而汽车噪声所造成的环境污染也日益严重。汽车噪声中由于发动机产生的噪声占很大一部分,因此研究发动机噪声产生的机理以及噪声控制的措施在汽车噪声控制中显得尤为重要。

  1发动机噪声控制

  直接从发动机机体及其主要附件向空间传出的声音,都属于发动机噪声。发动机噪声随机型、转速、负荷及运行情况等的不同而有差异,如在转速相同的条件下,柴油机的噪声要比汽油机高。按噪声产生的性质,发动机噪声可分为燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声。下面主要介绍各种噪声产生的成因以及一些具体的降噪措施。

  1.1燃烧噪音

  1.1.1燃烧噪声产生机理

  燃烧噪声是由于气缸内周期变化的气体压力的作用而产生的。它主要取决于燃烧的方式和燃烧的速度。在汽油机中,如果发生爆燃和表面点火等不正常燃烧时,将产生较大的燃烧噪声。柴油机的燃烧噪声是由于燃烧室内气压急剧上升,致使发动机各部件振动而引起的噪声。一般来说,柴油机噪声比汽油机的噪声高得多,因此在这里主要以柴油机为例来说明如何降低燃烧噪声。

  1.1.2燃烧噪声的控制策略

  在汽车发动机中,燃烧噪声在总噪声中占有很大比例,研究如何降低其燃烧噪声具有特别重要的意义。目前所研究出的降噪措施主要有:

  (1)采用隔热活塞以提高燃烧室壁温度,缩短滞燃期,降低空间雾化燃烧系统的直喷式柴油机的燃烧噪声。

  (2)提高压缩比和应用废气再循环技术也可降低柴油机的燃烧噪声。但压缩比主要决定了柴油机的机械负荷与热负荷水平。废气再循环技术通过降低气缸最高压力,在抑制NOx产生的同时,也降低了燃烧噪声。

  (3)采用双弹簧喷油阀实现预喷。即将原本打算一个循环一次喷完的燃油分两次喷。第一次先喷入其中的小部分,提前在主喷之前就开始进行着火的预反应,这样可减少滞燃期内积聚的可燃混合气数量。这是降低直喷式柴油机燃烧噪声的最有效措施。通过降低双弹簧喷油器初次开启压力和针阀的预升程来抑制空气和燃料混合气的形成,以此对怠速工况的燃烧噪声产生影响。通过设计两段升程装置,采用引燃喷射装置在较大的转速范围及加速情况下来抑制燃烧噪声。

  (4)共轨喷油系统是一种很有前途的直喷式轿车柴油机电子控制高压燃油喷射系统,它能减少滞燃期内喷入的燃油量,特别有利于降低燃烧噪声。

  (5)采用增压。柴油机增压后进入气缸的空气充量密度、温度和压力增加,从而改善了混合气的着火条件,使着火延迟期缩短。虽然增压柴油机最大爆发压力有所增加,但其压力增长率dp/dφ和压力升高比λ却变小,使柴油机运转平稳,噪声降低。此外,一般来说,涡轮增压柴油机最大额定功率的转速要比同样气缸尺寸的非增压柴油机低,有利于降低燃烧噪声。增压空气中间冷却后,空气温度降低,充气效率得以提高,但同时也削弱了增压对降低燃烧噪声的作用。

  (6)燃烧室的选择和设计。对于分开式燃烧室,精确的喷油通道、扩大通道面积、控制喷射方向和预燃室进气涡流半径的优化,均能抑制预混合燃烧,促进扩散燃烧,从而降低由低负荷到高负荷较宽范围的燃烧噪声、燃油消耗和碳烟排放。

  对于直喷式燃烧室,可以通过合理设计,使其在保证足够的涡流下具有高紊动能,强化燃料与空气之间的扩散,以此来改善燃烧过程,实现柴油机低油耗、低噪声和低排放。

  活塞顶燃烧室结构对燃烧噪声有很大影响。孔口较小、深度较深者,燃烧噪声就小得多,排放也明显较好。再加上缩口形,减噪效果就更趋好转。因此,设计时在变动许可范围内,最好选用缩口并尽可能加深些的ω形燃烧室。

  (7)减小供油提前角。供油提前角小,喷油时间延迟,气缸内温度和压力在燃油喷入时较高,燃油一经喷入即雾化,瞬间达到着火点,缩短了滞燃期。最先喷入的燃油爆发燃烧,而后续喷入火焰中的燃油因氧气不足而不会立即燃烧,这样,由于初期燃烧的燃油量少,压力升高率低,可使燃烧噪声减小。大多数柴油机的燃烧噪声随供油提前角的减小而有所降低。

  (8)选用十六烷值高的燃料,着火延迟期较短,从而影响在着火延迟期内形成的可燃混合气数量,使压力升高率降低和减小燃烧噪声。

  1.2机械噪声

  机械噪声是由于运动件之间以及运动件与固定件之间周期性变化的机械运动而产生的,它与激发力的大小、运动件的结构等因素有关。主要有活塞敲击噪声和气门机械噪声。

  1.2.1活塞敲击噪声

  发动机运转时,活塞在上、下止点附近受侧向力作用产生一个由一侧向另一侧的横向移动,从而形成活塞对缸壁的强烈敲击,产生了活塞敲击噪声。产生敲击的主要原因是活塞与气缸套之间存在间隙,以及作用在活塞上的气体压力。

  降低活塞敲击噪声的措施有:

  (1)采取活塞销孔偏置,即将活塞销孔适当地朝主推力面偏移1~2mm。

  (2)采用在活塞裙部开横向隔热槽,活塞销座镶调节钢件,裙部镶钢筒,采用椭圆锥体裙等方式来减小活塞40℃冷态配缸间隙。

  (3)增加缸套的刚度,不仅可以降低活塞的敲击声,也可以降低因活塞与缸壁摩擦而产生的噪声。为了增加缸套的刚度,可采用增加缸套厚度或带加强肋的方法。

  (4)改进活塞和气缸壁之间的润滑状况,增加活塞敲击缸壁时的阻尼,也可以减小活塞敲击噪声。例如在D=180mm单缸试验机上,采用专用润滑油喷向气缸壁上供给机油,结果使机体的振动降低6dB(A)。显然,这种措施在实用上是受到限制的。近来,日本丸能源公司研制成功含有陶瓷微粒的新型润滑剂,在气缸金属表面上形成“陶瓷薄膜”,防止金属直接接触。因此在降低摩擦噪声的同时,还可改善润滑性能,节约燃料,提高使用寿命。

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