風(fēng)冷柴油機(jī)噪聲分析

羅哲 夏余平 楊文佳

摘要：針對(duì)風(fēng)冷柴油機(jī)噪聲問(wèn)題，本文以德國(guó)道依茨公司生產(chǎn)的柴油機(jī)為例，詳細(xì)分析了風(fēng)冷柴油機(jī)噪聲產(chǎn)生的原因，以及探討了噪聲的有效降低方法，并就風(fēng)冷柴油機(jī)與水冷柴油機(jī)的特點(diǎn)進(jìn)行了比較。通過(guò)文本的分析，以期為風(fēng)冷柴油機(jī)噪聲問(wèn)題的研究提供參考依據(jù)與技術(shù)借鑒。

關(guān)鍵詞：風(fēng)冷柴油機(jī);噪聲分析;結(jié)構(gòu)特點(diǎn);降噪技術(shù)

1 引言

我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，在許多農(nóng)用機(jī)械方面多采用的是小型單缸柴油機(jī)，而單缸柴油機(jī)又多以風(fēng)冷機(jī)型為主[1]。小型風(fēng)冷柴油機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、操作安全、攜帶輕巧、動(dòng)力性好等諸多特點(diǎn)，因此廣泛使用于小型農(nóng)業(yè)機(jī)械[2-3]。但由于結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)等原因，噪聲問(wèn)題一直是困擾風(fēng)冷柴油機(jī)使用過(guò)程中的突出問(wèn)題[4]，本文立足風(fēng)冷柴油機(jī)的特點(diǎn)，以德國(guó)道依茨公司生產(chǎn)的風(fēng)冷柴油機(jī)為例，分析了風(fēng)冷柴油機(jī)噪聲產(chǎn)生的原因以及有效解決方法，以期為風(fēng)冷柴油機(jī)的噪聲分析研究提供參考依據(jù)與設(shè)計(jì)借鑒。

2 風(fēng)冷柴油機(jī)的特點(diǎn)

風(fēng)冷柴油機(jī)與水冷柴油機(jī)相比較，主要包含如下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

（1）冷卻方式簡(jiǎn)單

風(fēng)冷較之水冷不需要附加的一些散熱器，可以直接通過(guò)冷卻風(fēng)扇將外部空氣強(qiáng)制性壓入柴油機(jī)中各需要冷卻部件周?chē)?，并將熱量帶出，不需要額外的傳熱裝置。

（2）故障發(fā)生率小

由于風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)直接通過(guò)空氣冷卻柴油機(jī)各部件，因此不需要使用冷卻水，進(jìn)而更不會(huì)導(dǎo)致結(jié)冰、沸騰等現(xiàn)象，而且不需要使用密封元件、冷卻水泵等部件。據(jù)調(diào)查表明水冷發(fā)動(dòng)機(jī)40%的故障是發(fā)生在冷卻系統(tǒng)中，風(fēng)冷柴油機(jī)便很好的避免了這些問(wèn)題。

（3）結(jié)構(gòu)緊湊且溫度使用范圍廣

由于具有整機(jī)冷卻系統(tǒng)，因此風(fēng)冷柴油機(jī)具有較好的功率重量比，減少了水冷柴油機(jī)中冷卻水、蜂巢式散熱器等部件的重量。

水冷柴油機(jī)是通過(guò)冷卻水將其冷卻的，而水在正常氣壓下100℃的高溫時(shí)便會(huì)沸騰，且水冷發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度差隨著外界溫度的升高而減少。而風(fēng)冷柴油機(jī)的汽缸壁與外界溫度之間是恒定溫差，所以風(fēng)冷柴油機(jī)可以適應(yīng)溫度范圍就更加的廣泛。

另外，還有經(jīng)濟(jì)性能好、使用壽命較長(zhǎng)、質(zhì)量高等特點(diǎn)。

3 風(fēng)冷柴油機(jī)的噪聲分析

風(fēng)冷柴油機(jī)產(chǎn)生噪音的原因較多，其中包括各種發(fā)動(dòng)機(jī)表面輻射的噪音、發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)齒輪系所發(fā)出的機(jī)械噪音、發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒氣體所發(fā)出的燃燒噪音等，其中最為主要的便是柴油機(jī)冷卻風(fēng)扇所產(chǎn)生的氣流噪音，研究表明柴油機(jī)冷卻風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流噪音是風(fēng)冷柴油機(jī)噪音的重要組成部分。

針對(duì)這些噪音的問(wèn)題，以德國(guó)道依茨公司生產(chǎn)的柴油機(jī)為例進(jìn)行分析，該公司在風(fēng)冷柴油機(jī)降噪方面取得了一系列的成果。

（1）對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)表面輻射的噪音可通過(guò)提高總體機(jī)構(gòu)的緊湊性，從而減少噪音的輻射面積，也可以通過(guò)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速進(jìn)而減少噪音。

（2）在傳動(dòng)齒輪系方面，則通過(guò)設(shè)計(jì)良好的傳動(dòng)發(fā)案，選擇良好的傳動(dòng)齒輪，例如可以減少齒輪數(shù)目等。這樣不僅可以縮小發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪箱的整體尺寸，而且對(duì)于降低齒輪傳動(dòng)過(guò)程中噪音具有良好的效果。

（3）對(duì)于降低燃燒氣體所造成的燃燒噪音，針對(duì)其噪音產(chǎn)生的主要方式是由于汽缸內(nèi)部氣體燃燒時(shí)，由于缸體壓力迅速變化所激發(fā)的結(jié)果，因此可通過(guò)降低壓力的升高率和選擇合適的燃燒方式進(jìn)而有利于噪音的減少。

道依茨有直接噴射式和二級(jí)燃燒室兩種燃燒方式，其在降低燃燒系統(tǒng)的噪音上的特點(diǎn)是：

1）采用中等強(qiáng)度渦流比的螺旋進(jìn)氣道。通過(guò)渦流和壓縮產(chǎn)生的擠流作用，提高了燃?xì)饣旌系木鶆蛐?，為柔和燃燒?chuàng)造了條件。

2）采用長(zhǎng)型多孔式噴油器。其中增壓噴油泵帶有煙度限制器，使齒桿受增壓空氣壓力的控制，保持最佳匹配。

二級(jí)燃燒式，由于燃燒過(guò)程是分成兩次完成的，故其噪音的水平比直噴式低，且污染性小。

（4）在風(fēng)扇設(shè)計(jì)方面，研究表明在風(fēng)量保持不變時(shí)，適當(dāng)?shù)募哟箫L(fēng)扇的直徑或者減低風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，對(duì)于降低風(fēng)扇的噪音具有良好的效果，但由于發(fā)動(dòng)機(jī)整體設(shè)計(jì)尺寸的限定，所以在折中取得交合風(fēng)扇直徑、工作轉(zhuǎn)速的前提下，應(yīng)改進(jìn)風(fēng)扇形狀，改善冷卻風(fēng)的流動(dòng)狀態(tài)等，進(jìn)而達(dá)到既確保冷卻性能又減少噪音的目的。

道依茨公司的風(fēng)冷柴油機(jī)其中有利于提高效率減低噪音的設(shè)計(jì)特點(diǎn)如下：

1）風(fēng)扇為軸流式。風(fēng)扇殼體的入口處以大的圓角過(guò)渡，這樣可以防止產(chǎn)生氣流脫離現(xiàn)象。

風(fēng)扇的動(dòng)、靜葉片均設(shè)計(jì)為翼型，并按不同的安裝角安裝，風(fēng)扇動(dòng)、靜葉片數(shù)目采取了優(yōu)化效果，不僅提高了效率，而且降低了噪音。

2）風(fēng)扇動(dòng)葉片邊緣和殼體內(nèi)壁間間隙對(duì)風(fēng)扇效率影響很大，所以對(duì)于風(fēng)扇動(dòng)葉片邊緣和殼體內(nèi)壁間間隙進(jìn)行了嚴(yán)格的控制。

3）風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)采用液力偶合器，橡膠滾珠聯(lián)軸節(jié)軸傳動(dòng)，減少驅(qū)動(dòng)沖擊噪音。

4）根據(jù)各種機(jī)型規(guī)范，設(shè)計(jì)了各種擋風(fēng)板，保證風(fēng)壓室有效的密封，減少了風(fēng)壓損失。

4 總結(jié)

風(fēng)冷柴油機(jī)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，且風(fēng)冷柴油機(jī)較水冷柴油機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、性能良好、工作可靠、油耗較低、維修方便、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，而噪聲問(wèn)題一直是困擾風(fēng)冷柴油機(jī)應(yīng)用的重點(diǎn)問(wèn)題所在，本文以德國(guó)道依茨公司生產(chǎn)的風(fēng)冷柴油機(jī)為例，詳細(xì)探討了風(fēng)冷柴油機(jī)噪聲產(chǎn)生的原因以及有效降噪的方法與設(shè)計(jì)要點(diǎn)。通過(guò)本文的研究，期待為風(fēng)冷柴油機(jī)的噪聲處理提供可行性的理論參考與實(shí)踐借鑒。

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項(xiàng)目基金：湖南省教育廳科學(xué)研究項(xiàng)目（19C0815）;永州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2019-yzkj-03）

作者簡(jiǎn)介：羅哲（1988-），男（漢族），湖南省永州市人，碩士，湖南科技學(xué)院講師，主要研究方向?yàn)閮?yōu)化算法與智能制造。