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《重庆大学》 2007年
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内燃机活塞拍击及其噪声研究

王攀  
【摘要】: 内燃机活塞拍击作为内燃机振动的主要激励源之一,其引起的噪声是内燃机仅次于燃烧噪声的最大的机械噪声。随着内燃机向高速化,轻量化发展,内燃机机械噪声也因此显得更加突出,同时抑制燃烧噪声技术措施一般与内燃机提高动力性的要求相矛盾,因此控制内燃机表面辐射噪声的重心一般放在机械噪声源的控制上,而活塞拍击噪声作为内燃机最大的机械噪声源,理所当然的是内燃机机械噪声控制的重点,因此开展内燃机活塞拍击发生机理研究,实现对拍击引起的噪声定量的描述,探索清楚活塞拍击噪声的各种影响因素,并对各主要影响因素进行定量分析,对掌握内燃机机械噪声控制核心技术,降低道路交通噪声,缓解环境噪声具有重要的现实意义。 本文首先从活塞工作过程中的受力分析入手,结合活塞与缸壁可能的接触情况,建立了内燃机活塞拍击动力学模型。模型综合考虑了内燃机工作过程中活塞、缸套的热膨胀问题和活塞环、活塞裙部与缸壁之间润滑油膜的影响作用,进一步提高了动力学模型的精度。借助传递函数方法对建立的活塞拍击动力学模型的正确性和精确性进行了试验验证,对比理论和试验结果表明:建立的活塞拍击动力学模型具有很好的精度。 采用四阶龙格库塔(Rung-Kutta)数值算法编程对建立的活塞拍击动力学模型进行求解,深入分析活塞拍击发生过程中活塞水平方向的平动、绕活塞销轴线的转动、活塞所受侧向力、活塞拍击力。并就内燃机转速和活塞销偏移量对活塞拍击力的影响规律进行了分析。分析表明:在吸气、压缩和排气行程活塞惯性力引起的活塞所受侧向力是活塞拍击的主要原因;而在爆发行程,燃气爆发压力引起的活塞所受侧向力成为活塞拍击的主导因素。 基于活塞拍击动力学模型,针对活塞拍击噪声发生机理及特征,建立了采用四极子脉动球源定量描述内燃机活塞拍击噪声的理论声学模型,从而实现对内燃机活塞拍击噪声的定量描述,并通过声强法测量声功率对建立的声学理论模型的准确性和精确性进行了试验验证,对比理论和试验结果表明:建立的活塞拍击噪声理论声学模型具有很好的精度。 借助建立的活塞拍击噪声理论声学模型,深入探讨了配缸间隙、活塞销偏移量、连杆比、活塞裙部刚度、曲轴轴线偏移量、活塞质心高度、活塞裙部总长度、活塞销轴线竖直方向位置和活塞裙部下段长度等主要影响参数在不同的转速下对活塞拍击噪声的影响规律,初步总结出活塞低拍击噪声设计和改进的基本规律。 最后根据研究总结的活塞低拍击噪声设计和改进基本规律,并结合实际情况,对原有的内燃机活塞进行低拍击噪声改进设计。改进设计的活塞其拍击引起的噪声辐射声功率比原活塞在各个转速下平均降低了1-1.5dB(A)。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TB533.1

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【引证文献】
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7 吴家兵;CNG/柴油双燃料发动机热负荷的实验研究及其数值仿真[D];武汉理工大学;2006年
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