预喷射参数控制柴油机燃烧噪声研究

论文摘要

本课题围绕预喷射影响柴油机燃烧噪声展开探索。利用高压共轨电控直喷系统精确地控制预喷射参数,使预喷射成为了控制内燃机燃烧噪声一种有效手段。首先,在柴油机试验台架上对A6000柴油机进行噪声试验和爆压试验,采用噪声测试设备、博世高压共轨电子控制系统及相应试验设备对柴油机的1米平均噪声、燃烧噪声、最大压力升高率、缸压曲线、放热率曲线、排放指标、燃油消耗率等进行测试。试验的数据表明：对于单次喷射来讲,在不同负荷和转速下,柴油机的噪声均有较大变化。随着负荷的增大燃烧噪声呈先增大后减小的变化趋势,在25%负荷时燃烧噪声最大,而在不同负荷下转速的变化对燃烧噪声的影响变化不一致。共轨压力和喷油提前角亦对柴油机燃烧噪声产生影响,随着共轨压力的提高和喷油提前,燃烧噪声、最大压力升高率、缸内气体爆发压力以及放热率峰值均不同程度地增大,喷油提前角的变化对上述指标的影响相对较大；预喷射下,加入预喷射后怠速工况可以降低燃烧噪声值达10dB（A）。但改变预喷射参数对燃烧噪声的改变量低于采用预喷射对柴油机燃烧噪声的改变量。加预喷射后,缸内最大爆发压力、最大压力升高率、放热率峰值都明显降低。对于不同工况预喷射参数有一个最佳值使得燃烧噪声取得最小。对比加预喷射前后的其他性能指标,预喷射不仅可以明显降低燃烧噪声,而且也有效改善氮氧化物的排放,并对烟度和燃油消耗率影响不大。其次,应用发动机仿真分析软件AVL-Boost对该柴油机的燃烧噪声进行模拟计算。建立A6000柴油机仿真模型,在不同的工况下,分单次喷射和预喷射两种情况,分别模拟计算喷油参数和负荷的变化对最大爆发压力、最大压力升高率、放热率的影响。计算结果表明：单次喷射时,共轨压力和喷油提前角变化对最大压力升高率、最大爆发压力、放热率均有较大影响,喷油提前角的变化相对影响较大。在不同工况下,推迟喷油,最大压力升高率、最大爆发压力、放热率峰值呈下降的趋势,存在着一个合理的喷油提前角使得上述三指标取得最优值；相对于单次喷射,引入预喷射可以大幅度的降低最大压力升高率,改变主喷定时、预喷定时、预喷油量都给燃烧噪声带来一定的影响,对预喷参数的优化从而找出最佳的预喷策略可以更好改善燃烧噪声。在相同的预喷参数下,随着负荷的变化,最大压力升高率呈先增大后减小的变化趋势,25%负荷时取得最大。对比试验和仿真结果,两者在变化趋势上基本保持一致。最后,在柴油机试验台架上对A6000柴油机进行声音品质试验,利用德国Head-acoustic开发的“人工头”和相应测试设备对心理学客观量化参数粗糙度、响度和尖锐度进行测试计算。结果表明：加预喷射后,发动机的声音品质明显改善,不同工况存在着较好的预喷参数策略使声音品质取得较好。相同工况下,对比声音品质和1m平均噪声,并不是噪声值越小,声音品质就越好,评价噪声不能单纯以噪声值来决定,还要结合人的主观评价。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 燃烧噪声产生机理和燃烧噪声性质
• 1.3 燃烧噪声的频谱特性
• 1.4 影响燃烧噪声的因素
• 1.5 燃烧噪声的传播途径
• 1.6 降低燃烧噪声方法
• 1.7 国内外研究概况及发展趋势
• 1.8 本课题研究主要内容
• 第二章 A6000柴油机噪声试验
• 2.1 试验原理
• 2.1.1 燃烧噪声
• 2.1.2 整机噪声（1m平均噪声）
• 2.2 试验设备
• 2.2.1 发动机技术参数和安装
• 2.2.2 1米平均噪声测试设备
• 2.2.3 燃烧噪声测试设备
• 2.2.4 爆发压力传感器的选择
• 2.2.5 缸压传感器安装位置
• 2.2.6 AVL620燃烧分析仪
• 2.3 试验场地及其要求
• 2.3.1 背景噪声修正
• 2.3.2 测试环境修正
• 2.3.3 试验过程发动机参数控制
• 2.4 测试结果和分析
• 2.4.1 单次喷射
• 2.4.2 预喷射
• 2.5 预喷射对其他指标的影响
• 2.6 小结
• 第三章 A6000柴油机燃烧噪声仿真模拟计算
• 3.1 AVL-Boost
• 3.2 仿真模型、结果及分析
• 3.2.1 单次喷射
• 3.2.2 预喷射
• 3.2.3 仿真结果与试验结果对比
• 3.3 小结
• 第四章 柴油机怠速声音品质试验研究
• 4.1 声音品质
• 4.1.1 声音品质的概念
• 4.1.2 各心理声学参数的概念
• 4.2 建立主观噪声评价指标
• 4.3 怠速声音品质试验结果和分析
• 4.4 小结
• 第五章 全文总结与工作展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况