浅谈柴油机的燃烧噪声

1、技术交流 浅谈柴油机的燃烧噪声 梁伟李刚 常柴银川柴油机有 限公司 , 宁夏银川 摘要论述了柴油机燃烧噪声的产生机理 , 影响噪声大小的 因素 , 并总结出了降低嗓声的措施 。 关键词柴油机燃烧噪声 柴油机 的噪声有三个主要来源 , 即进排气口和风 扇等引起的气体噪声 、 由于往复运动和零部件间隙等 引起的机械噪声 、 由燃烧过程 中压力等参数的急剧变 动引起的燃烧噪声 。 由于柴油机燃烧的冲击性和运动 件惯性质量较大 , 这使柴油机 的用途受到限制 。 燃烧噪声 的产生机理 燃烧噪声产生机理一般有两个 , 即燃烧气体的动 力载荷 与高频振动 。 气体动力载荷 柴油机燃烧噪声 主要是在速燃期内

2、产生 的 。 当气 缸压力急剧增加 时 , 燃烧室壁 面及活塞 、 曲轴等相关 零部件受到强烈 的动力载荷 , 其性质相 当于敲击 。 由 于柴油机结构是一个相当复杂 的多体振动系统 , 各零 部件的自振频率不 同 。 大多处于 中高频范 围 , 经此 系统传播并向外辐射的燃烧噪声 的频 率也就处于中高频范 围内 , 这对人的感觉是最不愉快 的频段 。 气体高频振动 燃烧引起缸 内压力 的急剧变化 , 这种压力波在燃 烧室 内以当地音速往复传播形成气体的高频振动 , 其 频率取决于燃烧室尺寸和当地音速 。 柴油机 中尖锐的 高声调 噪声 , 就是由气体的高频振动产生 的 。 燃烧噪声的强弱用声

3、压级环单位为分贝 , 表示 。 影响因素 柴油机燃烧噪声的大小主要与压力升高率 、最 高 燃烧压力 、压 力升高比最 高燃烧压力与压缩终点压 力之比 、 以及零部件 自振频率有关 , 其中压力升高率 的影响最大 。 为保证柴油机稳定运转 , 应控制最高燃 烧压力 与曲轴转角之比 盯 “。 当最高燃烧压 力 与 曲轴转 角之比 盯 “ 时 , 会出现强烈的噪 声甚 至敲缸声 , 运动零部件受到严重 冲击载荷 , 寿命 下降 。 并影响到整个柴油机的性能 。 喷油提前角对燃烧噪声也有 明显 的影响 。 一般随 着喷油提前角的增大 , 着火落后期因压缩温度下降而 变长 , 加上燃烧始点提前 , 使得

4、最 高燃烧压力与曲轴 转角之比 、 最高燃烧压力以及压力升高比都随之上 升 , 导致噪声增大 。 燃烧方式不 同 , 也会使燃烧噪声的强弱和音频不 同 。 一般球形燃烧室最低 , 直喷式燃烧室最高 , 由于球 形燃烧室的初期燃烧放热速率较低 , 使压力升高率明 显低于直喷式燃烧室 , 因而噪声可以显著降低 。 冷起动和怠速时 , 由于缸 内温度较低 , 着火落后 期延长 , 导致压力升高率增大 , 因而使燃烧噪声增大 。 降低燃烧噪声的措施 由于燃烧噪声的主要原因是压力升高率过大 , 而 压力升高率又主要 取决于着火落后期 内形成的可燃 混合气数量 , 因此降低燃烧噪声 的主要途径如下 。 缩

5、短着火落后期例如选用十六烷值高的燃 料 , 在燃烧室内造成着火热区等 。 减小着火落后期内的喷 下转第页 作者简介梁伟一 , 男 , 工程师 , 现从事柴油机产品质量技术与管理工作 。 宁夏机械 一一 呱 一 丝坦且 技术交流 根据相速与欧拉角叨的关系式可以计算 一 斋 式中 。 ,礴是有效介电常数 , 产 和 了分别是 在自由表面和金属表面上 的慢度 。 温度稳定性影 响 整机都要求在一定的温度变化范围内能够正常 工作 , 因此也要求与之配套的器件的特性在一 定温度范围内 , 如在 一 一 , 不发生变化 。 温度对谐振频率的影响我们称为频率温度系 数 灯 鲁 通常 , 谐振频率在室温时随温

6、度的变化情况十分 重要 , 因此我们来研究或时谐振频率的变 化 。 当 二 时 , 随温度呈抛物线或三次方变化 , 于是定义 护 砂面 石种一 称为谐振频率的第级温度系数 。 温度对 时间延迟的影 响用来表示器件的 稳定性 , 称为延迟温度 系数 。 当频散很小 , 且相 速与群速几乎相等时 , “ 一 。 在理论上计算 代 厂。 式中在的传播方向上基片的热膨胀系数 相速的温度 系数 厂是群速的温度系数 。 通 常越 大说明材料的机 械 特性 对 干扰越敏 感 , 因此越大材料的越差 。 波束偏向的影响 基片 的性质与声波在基片表面上 的传播方向不 对称时 , 就会发生波束偏向 。 因为波阵面

7、即等相 面 与能流方向不垂直 , 必须把按 图那样放置 。 波 束偏 向不会直接影 响器件的性能 , 但是如果能流角 很大 , 那么传播方向的微小变化就会使其发生 很 大 的变化 , 这就要求基片方向与器件图形必须精确 一致 。 因此大的基片很少被使用 。 传播损耗的影响 基片材料的传播损耗直接影响着器件的插人损 耗和 品质因数 , 因此传播损耗要尽量小 。 基 片晶格 振动 、表面 粗糙 、能量泄露到空气 中等因素使基片材 料存在勺众的固有传播损耗 。 速度快的声波比速 度慢的声波传播损耗小 。 漏与剪切祸合存在额外的传播损耗 。 当藕合可以忽略时 , 传播损耗很小 。 由于漏的速 度更快

8、, 使用漏 比非漏的传播损耗小 。 介电常数的影响 基片材料的介电常数决定着的阻抗 。 通过调 整的孔径可以调整 阻抗值 。 孔径大会增大器件的 尺寸 , 小则会发生严重 的衍射 。 阻抗一般设计为 几以便与外围电路阻抗匹配 。 特性 对于横 向 , 抑制假响应是至关重要 的 。 当谐振频率附近存在假响应时 , 阻带 电平变差 , 且不能通过的设计消除这种现象 。 虽 然可以通过设置多条藕合器来解决这个问题 , 但这样 又会增大器件的尺寸 。 所以最可行的解决方法是选用 激励弱 的基片材料 。 对谐振器 , 虽然辐 射会 降低品质 因数 , 但对于基频谐振 , 的谐 振频率通常与的谐振频率有些

9、不同 , 品质因数 下降并不明显 。 另外 , 的谐振很弱 , 它极少影响 频率谐振 。 结束语 只有了解基片材料与器件的特性 , 才能更 好选择和使用基片材料 , 使器件的各项性能更 加符合设计要求 , 获得较理想的特性 。 参考文献 武以立 , 邓盛刚 , 王永德 声表面波原理及其在电 子技术中的应用国际工业 出版社 , 收稿日期 一一 争升争升粉争澎朴羚争歼升升妇侣降羚升升冷手 升升甲玲升升冷升羚歼升冷升升升争 升去粉升于 升十升升升升呼粉升冷并升升争升争 升资并李升升升升卜升料侣冷争升冷升侣冷升升于玲升升 上接第 页 油量最 常见 的方法是 降低初期 喷油率较小 , 这就是油膜蒸发混合燃烧所采用 的方法 。 速率 , 近年来开发成功的预喷射方法也是控制燃烧噪减小喷油提前角将喷油提前角减小 , 以降 声的