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降低内燃机燃烧噪声的方法: wusaite 2019-9-1 14:12; 降低内燃机燃烧噪声的方法伍赛特 0 引言由参考文献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 2 ～ 3 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。参考文献伍赛特 . 内燃机燃烧噪声的影响因素 . http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=3393151do=blogid=1196157 林在犁，黄琪 . 内燃机运用 . 成都：西南交通大学出版社 , 2015.08.; 个人分类: 科普集锦|3113 次阅读|0 个评论

内燃机燃烧噪声的影响因素: wusaite 2019-9-1 13:49; 内燃机燃烧噪声的影响因素伍赛特 0 引言由上述可知，压力升高率是激发燃烧噪声的一个根本因素，而压力升高率主要取决于滞燃以及在滞燃期内形成可燃混合气的数量。滞燃期短，说明在相同的喷油始点时，燃烧开始点较早，在燃烧开始前那段时间内喷入的燃料量较少，因此，在着火前形成的可燃混合气数量也较少，着火后压力增长较为缓慢；而滞燃期长，则着火前形成的可燃混合气数量就多，这些燃料在燃烧过程的第二阶段几乎同时燃烧，致使气缸压力升高率和最高燃烧压力都比较高，从而激发出较强的燃烧噪声。因此，要控制燃烧噪声，当设计燃烧系统时必须尽可能地缩短滞燃期。对一定结构的柴油机，影响滞燃期的因素有很多，任正常运转条件下，压缩温度和压力是影响着火延迟的主要因素；此外，喷油提前角、燃烧性质等也有较大影响。发动机的燃烧室结构和运转参数对燃烧噪声的影响，也多是通过压缩温度和压力而影响滞燃期的。 1 结构型式及设计发动机燃烧室的结构型式及整个燃烧系统的设计，对其压力增长率、最高燃烧压力和气缸压力频谱曲线都有着明显的影响。 2 压缩温度和压力随着压缩温度和压力的增加，由于燃料着火的物理、化学准备阶段得到改善，因而着火延迟期减小。压缩终了的温度主要取决于压缩比，此外，还与冷却水温度、活塞温度、气缸盖温度、进气温度等有关。提高压缩比可升高滞燃期内的燃气温度、提高压缩终了的温度和压力、缩短滞燃期、降低压力升高率、减少空间雾化直喷式柴油机在滞燃期内积聚的可点燃油量、使放热率的最大值降低，因此，可降低燃烧噪声．但压缩比增高又使气缸压力增大、活塞撞击噪声增加，因此，不会使发动机总的噪声有很大的降低。增压使进气温度升高，因此，能降低空间雾化直喷式柴油机的燃烧噪声。进气温度越高，供油越迟，则缸内燃气温度越高，滞燃期越短对于空间雾化直喷式柴油机来说，可降低燃烧噪声；但对于油膜蒸发直喷式柴油机而言，对燃烧噪声并无影响。负荷增大，或冷却液温度升高，将使缸壁温度升高，从而引起缸内气体温度升高，导致滞燃期缩短，燃烧噪声降低。 3 喷油参数供油系统各参数，如柴油机的喷油提前角、喷油压力、喷孔数量和供油规律等对燃烧过程都有影响。在其他条件相同的情况下，喷油压力提高后则喷油速率提高，滞燃期内喷入的燃油量增加。高压喷射使燃油与空气的混合得到改善，特别是在空间雾化燃烧系统直喷式柴油机中使可点燃燃油量的生成速率提高。这都使滞燃期内积聚的可燃燃油量增加，而使燃烧噪声增加。在喷油系统其他参数都不变的条件下，缩减喷油孔面积可以提高喷油孔的阻力，降低喷油速率，从而减少了滞燃期内的喷油量，降低了空间雾化直喷式柴油机燃烧噪声。 4 转速在其他条件不变的情况下，转速提高、喷油时间缩短、喷油速度提高、滞燃期内喷入的燃油量增加、缸内压力最大值和压力增长率最大值都增大，均导致燃烧噪声增强。一般发动机转速对燃烧噪声的影响处于次要地位。 5 负荷对于非直喷式高速柴油机和汽油机，由于它们的压力增长比较柔和，当负荷变化时，最大燃烧压力相对改变不大、最大燃烧压力较低、活塞对缸套撞击也较小，故全负荷同空负荷比较，噪声级相差小于 2 dB 。空间雾化直喷式柴油机当负荷增大时，一方面缸壁温度升高，滞燃期缩短；另一方面每循环喷入的燃油量增多，喷油阀开启时间增大。只要喷油阀开启时间还小于滞燃期，那么就意味着滞燃期喷入的燃油量增大，即燃烧噪声随负荷增大而增强。随着负荷的增加，每循环的放热量增加，最大燃烧压力及压力升高率增高，使噪声增强。但随着负荷的增加，燃烧室壁温提高，气缸与活塞的间隙减小，又使噪声减小，所以，负荷对发动机的噪声影响较小。参考文献林在犁，黄琪 . 内燃机运用 . 成都：西南交通大学出版社 , 2015.08.; 个人分类: 科普集锦|3325 次阅读|0 个评论

内燃机噪声的分类: wusaite 2019-9-1 11:20; 内燃机噪声的分类伍赛特内燃机热力过程的周期性及部分受力机件的往复运动构成了内燃机主要的振动噪声源。内燃机噪声根据其产生的机理可分为：燃烧噪声、机械噪声和空气动力噪声。机械噪声与燃烧噪声是通过内燃机的外表面向外辐射的，而空气动力噪声主要产生在进气和排气过程中，它直接向大气辐射。内燃机的燃烧噪声是在气缸内产生的。混合气燃烧产生的缸内气体压力直接激振内燃机结构，引起结构振动，并通过外部和内部传播途径传到内燃机表面，由内燃机表面辐射形成的空气声就是燃烧噪声。燃烧噪声和机械噪声很难严格区分。为了研究方便，将由于缸内燃烧，活塞对缸套的压力振动通过缸盖一活塞一连杆一曲轴一机体向外辐射的噪声叫做燃烧噪声；将活塞对缸套的撞击、正时齿轮、配气机构、喷油系统、辅机皮带、正时皮带等运动件之间机械撞击所产生的振动激发的噪声叫做机械噪声。空气动力噪声是指由于气体流动（如周期性进气、排气）或物体存空气巾运动，空气与物体撞击，引起空气产生的涡流；或由于空气发生压力突变形成空气扰动与膨胀（如高压气体向空气中喷射）等而产生的噪声，一般来说，空气动力噪声包括进气噪声、排气噪声和风扇噪声，如果不安装消声器，排气噪声的声压级是最大的，其次是进气和风扇噪声。参考文献林在犁，黄琪 . 内燃机运用 . 成都：西南交通大学出版社 , 2015.08.; 个人分类: 科普集锦|2075 次阅读|0 个评论

说说航空发动机: fpe 2010-6-23 06:18; 说说航空发动机最近，有人在网上评论，中国为何 60 年造不出优秀发动机？作者田文信从科技政策的角度来研究这一问题，笔者曾经从事过燃烧噪声研究，对发动机研制过程的基础理论有一点皮毛认识，可以从这一角度来认识国内发动机的研发困境。发动机说来很简单，不就是把燃料燃烧完全，释放出能量，与空气混合形成高温高压的气体么？差不多，但国内发动机不成功的主要原因是可靠性不够，而可靠性与燃烧过程的组织有关，具体说来，就是燃烧噪声过大，导致燃烧不均匀，燃烧过程太靠近壁面，就把壁面烧毁了，或者噪声带来振动问题，导致机体容易疲劳损失。什么是噪音？噪音就是一种压力波，我们听到，是因为压力波进入了我们的耳朵，通过耳膜和一系列传递机制导致我们听到声音。很多后天性的聋子，就是耳膜或相关机构受到机械性损伤的结果。如果光产生压力波，也不会产生很大的问题。问题在于燃烧器是封闭的狭小空间，压力波不断来回传递，就有共振问题。一次压力波强度有限，而一旦产生共振，其强度就无限上升，直到其他条件限制或者整个机体受到破坏，这是困扰航天航空工业半个多世纪的主要问题。航天工业影响不大，因为燃烧器是一次性的，不过几分钟的运行寿命（初级发动机）。而航空发动机需要无故障运行几千小时，这是长期的可靠性问题。国产发动机不能过关，就是噪声问题解决不好，导致寿命过短，或者发动机过热，或者机体振动过大。有些常规的减噪办法，是通过改变环境的质量来避免某些 Node ，但这样做会产生更多的 Node ，因此会越来越复杂，以至于无解，只有靠经验去试。所以美国人认为俄国人的成功是因为人力成本低，不断试出来的，因为俄国没有理论突破。不过，俄国设备厚重，对于减噪有天然的好处。噪音问题，本质上就是能量与质量的互动问题。波音 747 在市场运行初期，由于发动机振动问题，导致航空公司大量索赔，后来普惠公司花了很多钱来摆平这一问题，也给普惠很多有益的经验和教训。所谓后发劣势（杨小凯的说法），就是后发过程如果没有注意吸取其他领域的经验教训，往往付出更大的代价，带来更大的损失。我国的发动机研发过程，似乎就是验证了杨小凯的理论，虽然他的说法从经济理论中提出来的，科学没有捷径，后发更要取经。虽然国内出国方便了，但对国外信息的吸取上，仍然和韩国日本有很大的差距，闭门造车的后发，一定是劣势的。燃烧噪声问题，在 150 年前就受到重视了，但仍然没有成熟的理论。理论与工程实践有较大差距，所以谁的投入大，谁的成果多。避免共振的方法有很多，但没有大家都接受的理论，所以很多技术都是别别窍，老师傅的个人体验，只有经过了挫折，才能找到解决办法，这是我们没有长期投入导致缺乏技术积累造成的局面，也是科普不足导致没有人才储备的局面。为什么说科普不足有影响呢？因为很多人都不知道噪音原理，因此对这一领域认识不足。国外研究噪音的中国人有，但为了生存，很多都转行了，比如笔者，在博士的最后一年接触燃烧噪声，为了毕业不能深入研究。笔者的学弟是印度人，也因为生计，也是个人兴趣的发展，现在在研究生物流体力学，与噪声差得太远了。虽然噪音很有意思，但我的本行是消防，年纪大了不敢轻易转行，数学基础不足也无法深入。而另一些原来就在这一领域的国人，也有很多转行的，原因很简单，国外不信任，国内不需要，我在相关的学术讨论会上看不到来自国内的兴趣。如何把国家的需要转变成学生的兴趣，如何把国内年轻人对国防技术的热情转化为扎扎实实的学习理论的兴趣，是需要有关科普工作者深入浅出地介绍。好的科普作品，不但给人一点常识，更能让人产生对某一领域浓厚的长久的兴趣，这是笔者梦寐以求的目标，也是班门弄斧的目的。在这里，笔者只能蜻蜓点水地介绍一下燃烧噪声的作用，压力波动无处不在，共振现象到处都有，解决噪声难题，唯靠数学物理。有道是，东风吹，战鼓擂，书到用时方恨少，飞机上天动力难，后发劣势谁能改？燃烧波，到处振，解决噪声靠理论，航空研究看投入，自古英雄出少年。资料图：太行发动机局部特写。摄影：刘峰 3200kgf 推力级涡扇发动机。　　资料图：太行发动机。; 个人分类: 特种消防|8763 次阅读|24 个评论

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