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預(yù)混合壓縮著火發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒噪聲研究

文檔作者：柴田元		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年04月20日
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國(guó)外內(nèi)燃機(jī) 2016年第3期預(yù)混合壓縮著火發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒噪聲研究【日】 柴田元摘要：為了在高增壓及高廢氣再循環(huán)率條件下降低低溫預(yù)混合狀態(tài)下的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒噪聲，簡(jiǎn)單介紹從實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)與模擬計(jì)算2方面開展的研究，即降低預(yù)混合壓縮著火發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒噪聲的方法與效果。關(guān)鍵詞：預(yù)混合壓縮著火發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒噪聲 熱效率 放熱率0前言為了使柴油機(jī)的排放性能滿足今后越來(lái)越嚴(yán)格的排放法規(guī)要求，在高增壓與高廢氣再循環(huán)(EGR)率條件下應(yīng)用低溫預(yù)混合燃燒方式是較為有效的，但另一方面，必須解決降低燃燒噪聲的課題。雖然與燃燒噪聲關(guān)系最為密切的影響因素是最大壓力升高率，但實(shí)際上還存在多個(gè)相關(guān)因素，因此，即便是在較高的最大壓力升高率條件下，也能在某種程度上降低燃燒噪聲。北海道大學(xué)的研究人員從實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)與模擬計(jì)算2方面著手，以降低預(yù)混合壓縮著火發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒噪聲為目的，開展了研究，本文將簡(jiǎn)單介紹相關(guān)的研究?jī)?nèi)容[1]。1燃燒噪聲的評(píng)價(jià)方法發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)使用配裝最新共軌噴油系統(tǒng)的550 mL單缸增壓柴油機(jī)。基于由麥克風(fēng)采集的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲及氣缸內(nèi)壓力數(shù)據(jù)，運(yùn)用關(guān)聯(lián)法，測(cè)試了燃燒噪聲與噪聲傳遞函數(shù)。另一方面，在模擬計(jì)算中，基于Wiebe函數(shù)，假設(shè)預(yù)混合壓縮著火發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)的任意放熱率，并由此計(jì)算得出氣缸內(nèi)壓力及其傳遞函數(shù)，對(duì)燃燒噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)。例如，在相同的放熱率曲線形態(tài)下，只改變其相位，對(duì)燃燒噪聲與放熱率進(jìn)行模擬計(jì)算評(píng)價(jià)。這種在實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)中無(wú)法實(shí)施的評(píng)價(jià)方法能在模擬計(jì)算中被輕易地完成。圖1示出了上述模擬計(jì)算的結(jié)果。結(jié)果表明，在高熱效率條件下，燃燒噪聲也較大，Lund大學(xué)的Johansson教授將這種現(xiàn)象描述為“效率噪聲”，即高效率條件下的噪聲現(xiàn)象。由此可見，要在維持高熱效率的同時(shí)降低燃燒噪聲有一定挑戰(zhàn)。本研究中，為了應(yīng)用模擬計(jì)算方法探討降低燃一IO O IO燃燒重心位置(CA50)／。CA ATDC．i0 0 10燃燒重心位置(CA50)／。CA ATDC(b)圖1 維持放熱率形態(tài)并改變相位后的熱效率及燃燒噪聲燒噪聲的途徑，詳細(xì)地調(diào)查了放熱率曲線形態(tài)，利用增壓及EGR等改變放熱率曲線形態(tài)，并結(jié)合實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。2放熱率曲線形態(tài)對(duì)熱效率與燃燒噪聲的影響(模擬結(jié)果)2．1放熱率50％的曲軸轉(zhuǎn)角位置由圖1中的結(jié)果可知，如果為降低燃燒噪聲而提前或延遲放熱率達(dá)50％的曲軸轉(zhuǎn)角(CA50)，則熱效率也會(huì)同時(shí)降低，所以，僅僅從CA50的角度出發(fā)，是難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高熱效率與低燃燒噪聲的。萬(wàn)方數(shù)據(jù)2016年第3期 國(guó)外內(nèi)燃機(jī)2．2放熱率的早期升高如果放緩高溫氧化反應(yīng)的早期呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，則燃燒初期的最大壓力升高率會(huì)受到抑制，從而有效地降低燃燒噪聲。在進(jìn)行噪聲頻率分析后發(fā)現(xiàn)，尤其在2 000 Hz以上的高頻區(qū)域，燃燒噪聲的降低效果是較為顯著的。此外，為了維持較高的熱效率水平，縮短燃燒后期時(shí)間、提高等容度的燃燒形態(tài)是較為有利的。2．3燃燒持續(xù)期與放熱率峰值在放熱率峰值為恒定值的條件下，延長(zhǎng)燃燒持續(xù)期，發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷會(huì)隨之升高，一般認(rèn)為此時(shí)的燃燒噪聲會(huì)加大，但實(shí)際上，如果抑制燃燒初期的放熱，就有可能降低燃燒噪聲。此外，在燃燒持續(xù)期不變的條件下，如果增大放熱率峰值，那么，在整個(gè)頻域內(nèi)，燃燒噪聲都會(huì)加大。因此，在以相同負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，如果在等容度不發(fā)生惡化的范圍內(nèi)延長(zhǎng)燃燒持續(xù)期，抑制放熱率峰值，使其處于較低的水平，則可以實(shí)現(xiàn)兼顧低燃燒噪聲與高熱效率的發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。3實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)結(jié)果圖2示出了利用增壓與EGR，在相同負(fù)荷條件下改變放熱率后放熱率與氣缸內(nèi)壓力的關(guān)系。圖3示出了此時(shí)的燃燒噪聲頻率分析結(jié)果。結(jié)果表明，利用增壓及EGR，抑制放熱率峰值，延長(zhǎng)燃燒持續(xù)期，使高溫氧化反應(yīng)的初期速度放緩，就可以在熱效率不發(fā)生惡化的前提下，降低燃燒噪聲達(dá)6．3 dB(A)，同時(shí)，還能成功抑制300 Hz以上頻域的發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒噪聲。日山主R爛毀*長(zhǎng)曩曲軸轉(zhuǎn)角／。CA ATDC(a)，《U巴3糌蕞整《吝罩扭蟹逛蓉曲軸轉(zhuǎn)角，。CA ATDC(b)圖2燃燒噪聲的降低(實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn))l，3倍頻程頻率，Hz圖3噪聲頻率分析結(jié)果(實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn))參 考 文 獻(xiàn)E1 3Shibata G．et a1．Combustion noise analysis of premixed dieselengine by engine tests and simulations[C]．SAE Paper 2014’01—1293．彭惠民譯自 日本橫械學(xué)會(huì)菇，2014，117(1152)朱曉蓉校朱曉蓉編輯(收稿日期：2015—07—30)

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