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降低内燃机燃烧噪声的方法

已有 796 次阅读 2019-9-1 14:12 |个人分类:科普集锦|系统分类:科普集锦| 内燃机, 燃烧噪声, 喷油, 电控, 增压

降低内燃机燃烧噪声的方法

伍赛特

 

0 引言

由参考文献[1]中对燃烧噪声的产生原因、传播途径和影响因素等讨论可知,原则上应从下述两个方面来降低发动机的燃烧噪声:①从产生的根源上,降低气缸压力频谱曲线,特别是降低中、高频的频率成分,可采取缩短滞燃期或减少滞燃混合气含量的方法;②从传播途径上,增加发动机结构对燃烧噪声的衰减,特别是对中、高频频率成分的衰减。因此,可采取提高机体、缸套的刚性及采用隔振和隔声措施;减小活塞曲柄连杆机构各部分的间隙,增加油膜厚度;减小气缸直径、相应增加缸数或采用较大的S/D(行程/缸径)值,以保持输出功率不变;改变薄壁零件(油底壳等)的材料和附加阻尼等方法。此外,控制燃烧噪声的困难之处就在于如何兼顾热效率、烟度和排放的制约。常用来降低发动机燃烧噪声的具体方法如下。

 

1 隔热活塞

采用隔热活塞可提高缸壁温度,缩短滞燃期,降低直喷式柴油机的燃烧噪声。

 

2 延迟喷油定时

一般而言,喷油时间早则燃烧噪声大;而喷油时间适当延迟,可以减小燃烧噪声一其原因在于气缸内压缩温度和压力是随曲轴转角而变化的,喷油时间的早晚对着火延迟期(即滞燃期)长短的影响将通过压缩温度和压力而起作用。如果喷油早,则燃料进入气缸时的空气温度和压力低,这时着火延迟期缩短,燃烧噪声减少。但如果喷油过迟,燃烧进入气缸时的空气温度和压力反而变低,从而又使着火延迟期延长,燃烧噪声增大,所以有一个最佳喷油延迟时间。

 

3 预喷

预喷就是将一个循环一次喷完的燃油分成两次喷。第一次先喷入其中的一小部分,提前在主喷之前就开始进行点燃的预反应,因此,可减少在滞燃期内积聚的可燃油量。这是降低直喷式柴油机燃烧噪声的最有效措施。

 

4 改进燃烧室结构形状和参数

燃烧室的结构形状与混合气的形成和燃烧有密切关系,不但直接影响柴油机的性能,而且影响着火延迟期、压力升高率,从而影响燃烧噪声。根据混合气的形成及燃烧室结构的特点,柴油机的燃烧室可分为直喷式和分隔式两大类。常用的直喷式燃烧室有开式、半开式和球形燃烧室等,常用的分隔式燃烧室有涡流室和预燃室。

在其他条件相同的情况下,直喷式燃烧室中的球形和斜置圆桶形燃烧室的燃烧噪声最低,分隔式燃烧室的燃烧噪声一般也较低,“ω”形直喷式燃烧室和浅盆形直喷式燃烧室的燃烧噪声最大。

通过调节燃烧室结构参数也可降低燃烧噪声,如在涡流室式发动机中,喷油嘴的喷油方向越偏离涡流室中心而指向涡流下游,附着于缸壁面的燃料就越多,燃烧也越平静,噪声也就越小。

 

5 调节喷油泵

喷油率对燃烧噪声的影响很大,试验表明:喷油率提高一倍,燃烧噪声就会增加6 dB。因此,可用减少喷油泵供油率的方法来降低燃烧噪声,但应注意高速性能的恶化和增加怠速噪声的问题。

 

6 废气再循环和进气节流

废气再循环和进气节流对降低发动机燃烧噪声是有效的,特别当发动机温度较低时,效果更明显。因为提高废气再循环率就可减少燃烧率,使发动机获得平稳的运转,而进气节流可使气缸内的压力降低和着火时间推迟,所以两者结合就能有效降低燃烧噪声。同时进气节流还可以对减少柴油机所特有的角速度波动和横向摆振起到作用。

 

7 采用增压技术

柴油机增压后可使进人气缸的空气充量密度增加,使压缩终了时气缸内的温度和压力提高,从而改善了混合气体的着火条件,使着火延迟期缩短,增压压力越高,着火延迟期越短,压力升高率越小,从而降低燃烧噪声越多,大量试验表明:增压可使直喷式柴油机燃烧噪声降低23 dB

 

8 提高压缩比

提高压缩比可以提高压缩终了的温度和压力、缩短着火延迟期、降低压力升高率、使燃烧噪声降低。但压缩比增大电会使气缸内压力增加,活塞敲击声增大,因此,提高压缩比不会有明显效果。

 

9 改善燃油品质

燃油品质(十六烷值、碳氢组分、密度和蒸发率等)不同,喷入燃烧室后使着火前的物理、化学准备过程发生不同变化,从而导致着火延迟时间不同。十六烷值高的燃料着火延迟较短、压力升高率低、燃烧过程柔和、燃烧噪声降低。

 

10 电子控制

电子控制的柴油机,无论是采用直列泵、分配泵还是其他喷油装置的柴油机,都能根据转速、负荷、进气温度、EGR率、增压压力、燃油温度、冷却液温度等精确控制喷油定时,进而控制燃烧噪声,、共轨式喷油装置的优点是喷油压力独立于发动机载荷和转速,可实现多个正时和体积的喷油、喷油率波形的自由选择、设计的灵活性、缸数不限、改善发动机的启动特性等。

 

参考文献

[1] 伍赛特. 内燃机燃烧噪声的影响因素[OL]. http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=3393151&do=blog&id=1196157

[2] 林在犁,黄琪. 内燃机运用[M]. 成都:西南交通大学出版社, 2015.08.

 




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2 刘炜 李毅伟

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