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发动机噪声解决方法
发动机是汽车的主要噪声源,在我国,发动机噪声约占汽车总噪声的55%以上,因此为降低汽车噪声总水平,应以控制发动机噪声为主要目标。
1发动机噪声的分类及评价方法
一. 分类:
按噪声辐射的方式分:发动机噪声源分为直接大气辐射和发动机表面向外辐射的两大类。
⒈直接向大气辐射的噪声源有进、排气噪声和风扇噪声。
⒉发动机表面噪声是发动机内部的燃烧过程和结构产生的噪声,是通过发动机外表面以及与发动机外表面刚性连接的零件的振动向大气辐射的。
按发动机表面噪声产生的机理,又分为燃烧噪声和机械噪声。
燃烧噪声:为研究方便,把气缸内燃烧所形成的压力振动并通过缸盖和活塞—连杆—曲轴—机体的途径向外辐射的噪声。(是由于气缸周期性变化的压力作用而产生的,与发动机的燃烧方式和燃烧速度有关)
机械噪声:把活塞对缸套的敲击,正时齿轮、配气机构、喷油系统等运动件之间机构撞击所产生的振动激发的噪声。(是发动机工作时各运动件之及运动件与固定件之间作用的周期性变化的力所引起的,它与激发力的大小和发动机结构动态特性等因素有关)
二. 评价方法
除考虑其辐射噪声能量总水平外,应考察以下噪声特性:
⑴噪声级及其发动机工作状态的变化关系
⑵发动机周围空间各点噪声级数值的分布状态
⑶空间各点的噪声频谱以及发动机工作过程阶段的瞬时声压级
2发动机燃烧噪声及其控制
一. 燃烧噪声的特性
仅讨论柴油机的燃烧噪声。
燃烧噪声与燃烧过程有关,所以从柴油机燃烧过程的四个阶段—滞燃期、速燃期、缓燃期和补燃期来分别研究它。
⑴滞燃期燃料未燃烧,尚在进行燃烧前必要的物理和化学准备,气缸中的压力和温度变化都很小,因此对噪声的直接影响甚微,但间接影响重大。
⑵速燃期燃料迅速燃烧,气缸内压力迅速增加,直接影响发动机的振动和噪声。
▲影响压力增长率的主要因素是着火延迟期的长短和供油规律。延迟期越长,喷入气缸的燃料越多,压力增长率越高,则柴油机的冲击载荷大,柴油机内零件敲击严重,增加了柴油机的结构频率和所辐射的噪声。
⑶缓燃期气缸内压力有所增长,但增长率小,能激发一定程度的燃烧噪声,但对噪声的影响不显著。
⑷补燃期活塞下行且绝大多数燃料已在前两个时期内燃烧完毕,对燃烧噪声影响不大。
综上所述,燃烧过程的激发的噪声主要集中在速燃期,其次是缓燃期。
燃烧噪声主要表现在两方面
⒈由缸内压力急剧变化引起的动力负荷,由此产生结构振动和噪声,其频率相当于各传声零件的自振频率。
⒉由气缸内气体的冲击波引起的高频振动和噪声,其频率为气缸内气体的自振频率。
燃烧噪声的根源是气缸内气体压力的变化。
★柴油机产生高声调噪声的原因:
⒈在速燃期内产生的气体动力载荷,使柴油机内相应零件受到一种敲击。由于柴油机的结构可视为一个复杂的振动系统,大多数零件的自振频率处在中、高频率范围内,因此,由结构传声而向外辐射的燃烧噪声频率也处在中、高频率范围内。
⒉由气体动力载荷引起的噪声,主要取决于压力增长率及最大压力增长率持续的时间,压力增长越快,持续高增长率时间越长,则噪声就越大。在燃烧过程中,随着气缸内气体压力的剧变,与火焰传播的同时,冲击性质的压力波也随着传播,当冲击波达到燃烧室壁面后将进行多次反射,从而形成了气体的高频振动。
※气缸压力曲线(在时域上)描述了压力变化规律,可以得到燃烧噪声与着火延迟期、压力增长率等因素的关系。
※气缸压力谱(在频域上)描述了压力变化规律,显示出气缸压力曲线所包含的频率结构和每种频率成分强度的大小,深刻揭示了燃烧噪声与气缸压力变化及其所引起振动和噪声的传播途径的关系。
气缸压力谱(暂略)
由气缸压力谱知,气缸压力曲线实质上是由不同频率、不同幅值的一系列谐波叠加而成。发动机的结构振动问题可按线性系统来处理,因此据线性系统的叠加原理,气缸压力的总作用等于这一系列谐波单独激发的总和。
一般认为,这一系列谐波,由两条途径从气缸内传播出去:
⒈经气缸盖和气缸套
⒉经曲柄连杆机构,即活塞、连杆、曲轴及主轴承。
由于发动机结构中大多数零件的刚性较高,而中、高频率的压力级易于传出,即发动机的结构对燃烧噪声的低频段衰减大,对高频段衰减相对较小。【气缸压力级与声压级之差称为衰减量】。试验表明:衰减量基本与气缸压力谱无关。
二. 燃烧噪声控制
降低柴油机燃烧噪声的根本措施是降低压力增长率。
而压力增长率取决于着火延迟期和在着火延迟期内形成的可燃混合气的数量和质量,因此可通过选用十六烷值高的燃料,合理组织喷油过程及选用良好的燃烧室来实现。具体措施如下:
⑴延迟喷油定时
由于气缸内压缩温度和压力是随曲轴转角变化的,喷油时间的早晚对于着火延迟期长短的影响将通过压缩温度和压力而起作用。若喷油早,则燃料进入气缸时的空气温度和压力