汽車內(nèi)燃機(jī)減噪降溫設(shè)計(jì)研究

陳燁強(qiáng)

摘要： 對(duì)于汽車以及工程器械而言，內(nèi)燃機(jī)是最為基本且最為主要的動(dòng)力來(lái)源，如果內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)溫度過(guò)高或是噪音過(guò)大的問(wèn)題都會(huì)在一定程度之上干擾到其正常運(yùn)作。致使內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)上述問(wèn)題的誘發(fā)原因較多，從而在具體規(guī)劃工作中要進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，從而延長(zhǎng)內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用壽命。本文在對(duì)內(nèi)燃機(jī)傳熱情況以及振動(dòng)噪聲情況現(xiàn)狀進(jìn)行相應(yīng)的分析研究后，提出具有針對(duì)性的噪聲減低技術(shù)以及溫度過(guò)高控制技術(shù)。

Abstract： The internal combustion engine is the most basic and main power source for the automobile and the engineering equipment. If the internal combustion engine has the problem of too high temperature or too much noise， it will disturb its normal operation to some extent. There are many reasons that cause the above-mentioned problems of internal combustion engine， so we should carry on the pertinence design in the concrete planning work， so as to prolong the service life of internal combustion engine. In this paper， the heat transfer and the status of vibration and noise of internal combustion engine are analyzed， and the noise reduction technology and temperature control technology are put forward.

關(guān)鍵詞： 內(nèi)燃機(jī);減噪降溫;結(jié)構(gòu)規(guī)劃;振動(dòng)原理

Key words： internal combustion engine;noise reduction and temperature reduction;structural planning;vibration principle

中圖分類號(hào)：U469.79? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）23-0012-02

0? 引言

近幾年，內(nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)了大范圍的普及以及運(yùn)用，有關(guān)降噪降溫系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了較為不錯(cuò)的進(jìn)步以及發(fā)展，然而，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用階段，還要做好有關(guān)優(yōu)化完善工作。減噪降溫系統(tǒng)在內(nèi)燃機(jī)之中屬于重要組成成分，能夠發(fā)揮出維護(hù)正常溫度，降低噪音干擾的性能，從而確保工程整體效率得到保障?？梢?jiàn)要確保內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)保持穩(wěn)定不變，并進(jìn)行技術(shù)方面的更新?lián)Q代，以此確保系統(tǒng)能夠保持平穩(wěn)正常的運(yùn)作。

1? 內(nèi)燃機(jī)傳熱問(wèn)題和振動(dòng)噪聲問(wèn)題發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 傳熱過(guò)高問(wèn)題

在政府部門提出節(jié)能減排政策后，增強(qiáng)效率以及減少能源損耗，成為了內(nèi)燃機(jī)的主要任務(wù)，也就是確保內(nèi)燃機(jī)能夠在較短的時(shí)間滿足前期規(guī)劃的溫度范圍，并且在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)作階段，還可進(jìn)行溫度管控，以確保能夠正常運(yùn)作。前者能夠防止能量損耗，后者能夠確保工作效率，二者都擁有著極為重要的現(xiàn)實(shí)作用。在內(nèi)燃機(jī)工作較長(zhǎng)時(shí)間后，溫度會(huì)相應(yīng)提升，如此一來(lái)要想確保內(nèi)燃機(jī)能夠正常運(yùn)作，就要安置散熱器。然而在不同溫度環(huán)境下，內(nèi)燃機(jī)運(yùn)作時(shí)所散發(fā)的能量存在差異，低溫環(huán)境下的效率水平較低，對(duì)此不僅要做好散熱功能，同時(shí)還要安置相關(guān)的溫度優(yōu)化設(shè)施?，F(xiàn)階段數(shù)值方陣方式最為普遍，可以更加高效精確的對(duì)有關(guān)內(nèi)燃機(jī)傳熱溫度過(guò)高情況進(jìn)行分析工作，除此以外，流固耦合技術(shù)在現(xiàn)階段也屬于較為普遍的新型有限元計(jì)算方式，它能夠構(gòu)建立體模型，借助離散方式對(duì)最終結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，以此來(lái)改良內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)方面的缺陷以及不足之處。除此以外，傳熱問(wèn)題，計(jì)算工作所得出的數(shù)據(jù)結(jié)論還能夠?yàn)楹笃趦?nèi)燃機(jī)降噪降溫工作的解決提供參考價(jià)值。

1.2 振動(dòng)噪聲問(wèn)題

相比于內(nèi)燃機(jī)傳熱工作溫度超標(biāo)的情況，振動(dòng)噪聲時(shí)至今日都是國(guó)家層面在內(nèi)燃機(jī)領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)目，并且有諸多高效解決方案，然而，近幾年我國(guó)科技的突飛猛進(jìn)，使得相關(guān)噪音管控工作還要進(jìn)行綜合性的優(yōu)化以及完善，從而使得管控工作效果進(jìn)一步提升，最終確保降噪工作能夠?qū)崿F(xiàn)最終目的。噪音識(shí)別和噪音降低共同組成內(nèi)燃機(jī)噪音管控技術(shù)工作，合理應(yīng)用表面振動(dòng)能夠?qū)崿F(xiàn)聲輻射的高精度定位，并且這種方式能夠顯著避免熱傳遞或是潤(rùn)滑油等方面特性的干擾或是破壞，從而使得后期降溫降燥的系統(tǒng)實(shí)施擁有堅(jiān)定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。振動(dòng)噪音管控技術(shù)總體上看共有以下四方面構(gòu)成：通過(guò)增加阻尼材料的方法、耦合強(qiáng)迫振動(dòng)模型、進(jìn)行不規(guī)則阻力矩和外界反力的設(shè)計(jì)優(yōu)化、扭矩縱耦合振動(dòng)方案。上述方式都可以有效降低噪音，并將振動(dòng)情況管控在一定范圍之內(nèi)，同時(shí)還能夠有效改善輻射聲場(chǎng)。

2? 汽車內(nèi)燃機(jī)過(guò)熱問(wèn)題控制技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 及時(shí)排除故障

前部分內(nèi)容深入探究了內(nèi)燃機(jī)表面振動(dòng)輻射效率和傳熱情況，進(jìn)而就初步掌握了內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)作狀況。與此同時(shí)，還要對(duì)內(nèi)燃機(jī)過(guò)熱情況管控技術(shù)，做好設(shè)計(jì)規(guī)劃分析工作。如果內(nèi)燃機(jī)溫度過(guò)高，將會(huì)造成極為嚴(yán)重的故障，例如變形、卡死、融化以及拉缸等情況極易產(chǎn)生，甚至還會(huì)增加燃油能源的消耗量，并使得輸出功率顯著下降。諸多外界因素都會(huì)致使內(nèi)燃機(jī)溫度過(guò)高，例如負(fù)載過(guò)高、環(huán)境溫度超標(biāo)、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作以及冷卻系統(tǒng)故障等。一旦出現(xiàn)高溫超標(biāo)的情況，就要及時(shí)排查故障原因，并依據(jù)具體誘發(fā)原因進(jìn)行系統(tǒng)的規(guī)劃以及處理。相關(guān)工作的第一步就要排查冷卻液面，一旦位置低于水平線，就代表冷卻水量過(guò)低，要及時(shí)進(jìn)行冷卻液的補(bǔ)充，如果此時(shí)內(nèi)燃機(jī)及時(shí)恢復(fù)正常，就代表問(wèn)題得到了有效的解決。如果一段時(shí)間過(guò)后再次產(chǎn)生過(guò)熱問(wèn)題，就代表冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的泄漏，此時(shí)就要認(rèn)真排查泄漏的精確位置，從而相應(yīng)地進(jìn)行處理工作。第二就要排查水泵以及散熱器的具體情況，如有需要就要對(duì)相關(guān)故障設(shè)施做出及時(shí)的更換，從而確保散熱器以及水泵能夠正常運(yùn)作。最后再進(jìn)行其他位置的排查，找出過(guò)熱的具體原因，例如機(jī)油散熱器、柴油機(jī)、排氣門以及燃燒室等位置的故障，都會(huì)在極大程度上妨礙到設(shè)備的正常運(yùn)作。

2.2 冷卻系統(tǒng)改造優(yōu)化設(shè)計(jì)

內(nèi)燃機(jī)冷卻系統(tǒng)中最為重要的一點(diǎn)就是要確保能夠在正常溫度下運(yùn)作，并確保機(jī)油質(zhì)量滿足有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而使得零部件擁有最佳的運(yùn)作環(huán)境，最終使得使用壽命大幅度增長(zhǎng)。制造部門可以借助普通碳素鋼材料，以此來(lái)防止遇冷凍裂狀況的產(chǎn)生，同時(shí)還要及時(shí)優(yōu)化并完善排氣閥，從而深入增強(qiáng)工作效率以及排氣性能，最終實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的全面改善。

例如，可以將球形的尼龍接口變換為內(nèi)外相扣的開(kāi)閉閥，如此就可以深入增強(qiáng)冷卻系統(tǒng)性能。市場(chǎng)上的大量?jī)?nèi)燃機(jī)都借助水冷作為冷卻方式，這種方式能夠釋放的熱量高達(dá)600kW，然而在此同時(shí)還要深入降低30%左右的熱量。傳統(tǒng)的研究實(shí)驗(yàn)從明確指出，內(nèi)燃機(jī)的工作環(huán)境嚴(yán)格管控，在80℃到90℃以內(nèi)，此時(shí)的工作效率將達(dá)到最高水平。這時(shí)進(jìn)口水的溫度，要控制在80℃附近，余熱系統(tǒng)的水溫要管控在40℃附近，一旦水溫低于70℃，一號(hào)溫控閥將會(huì)及時(shí)打開(kāi)副閥門，從而使高溫水流入水泵，在借助水泵的推力流入內(nèi)燃機(jī)。如果水溫超過(guò)80℃，二號(hào)溫控閥就會(huì)及時(shí)打開(kāi)，從而把高溫水推入主換熱器，然后借助風(fēng)冷系統(tǒng)對(duì)其冷卻，冷卻過(guò)后會(huì)流入溫控閥之中，最終落實(shí)水溫的管控。總體而言，將80℃作為臨界值，如果超出臨界值，就將流入附加的換熱器之中，如果低于臨界值，就將進(jìn)入水泵，如此以來(lái)就能構(gòu)成一個(gè)恒溫冷卻循環(huán)系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的換熱器在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中會(huì)存在換熱能力不足的情況，此時(shí)，就使得內(nèi)燃機(jī)的現(xiàn)實(shí)需求無(wú)法得到有效滿足，從而就有必要做好有關(guān)的深化完善工作。冷卻系統(tǒng)內(nèi)部所行空間面積過(guò)小，此時(shí)其中換熱器的尺寸大小就要做好充分規(guī)劃，規(guī)劃工作中，要真正考慮換熱器管道閥門連接處的大小，板翅式換熱器實(shí)用性水平最高，并且占地面積較小空間實(shí)用性較強(qiáng)，同時(shí)性能水平較強(qiáng)。此外還可借助優(yōu)化通道參數(shù)的方法來(lái)應(yīng)對(duì)運(yùn)作過(guò)程中能量不足的情況。冷卻系統(tǒng)由風(fēng)冷以及水冷兩種共同構(gòu)成，在進(jìn)行相關(guān)計(jì)算過(guò)后，最終整體上規(guī)劃了15個(gè)水通道以及30個(gè)空氣通道，如此一來(lái)，實(shí)現(xiàn)的傳熱效果最佳。

除上述工作，進(jìn)水溫度以及進(jìn)水流量的管控也極為重要，如果進(jìn)水溫度小于40℃，就會(huì)致使機(jī)油粘度過(guò)大的情況出現(xiàn)，此時(shí)氣缸潤(rùn)滑度就會(huì)受到顯著影響，最終使得內(nèi)燃機(jī)個(gè)別零部件受到嚴(yán)重?fù)p壞。冷卻系統(tǒng)之中，水溫的控制范圍在80℃，借助恒溫冷卻循環(huán)系統(tǒng)，能夠有效防止水溫過(guò)低，從而在極大程度上確保了內(nèi)燃機(jī)運(yùn)作的可靠性以及科學(xué)性。在現(xiàn)實(shí)運(yùn)用效果方面，如果進(jìn)水口的溫度大于82℃，這時(shí)，相關(guān)冷卻水將會(huì)流入附屬的換熱器之中，從而確保水溫保持在80℃以內(nèi)，如此，就能夠有效避免換熱負(fù)荷值達(dá)到最高值，為了內(nèi)燃機(jī)在高溫或是長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作的背景之下，有著更加優(yōu)質(zhì)的工作環(huán)境，就要防止高溫現(xiàn)象的產(chǎn)生，同時(shí)還要為工作人員營(yíng)造最佳的處理時(shí)間。

3? 噪聲問(wèn)題控制技術(shù)設(shè)計(jì)

3.1 排除故障

兼顧噪音污染得到有效管控，應(yīng)在噪聲法規(guī)的基礎(chǔ)之上，優(yōu)化以往的噪聲管控模式，現(xiàn)階段最為普遍的噪音管控模式就是控制噪聲源以及限制噪聲傳播方式兩種。由噪聲源的管控工作來(lái)看，零件加工精度、零件原料、運(yùn)動(dòng)間隙、表面粗糙度以及內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等諸多方面都將致使機(jī)械噪音的出現(xiàn)，如此就可借助增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)間的平衡性，并降低扭振等方式來(lái)使得噪音得到顯著降低?？梢韵鄳?yīng)的對(duì)缸壁與活塞之間的運(yùn)動(dòng)狀況進(jìn)行優(yōu)化，例如，可以降低活塞和缸壁之間的空間距離，或是進(jìn)一步優(yōu)化活塞的整體結(jié)構(gòu)，上述工作都可以顯著降低噪音的整體強(qiáng)度。除此以外，還可運(yùn)用橢圓鼓型活塞來(lái)降低活塞與配缸中間的空隙。美國(guó)的福特、雪佛蘭以及德國(guó)的奔馳汽車之中，汽油機(jī)都普遍運(yùn)用了中心偏置方式。此外，內(nèi)燃機(jī)的齒輪也是出現(xiàn)噪聲的主要原因之一，此時(shí)就可通過(guò)管控齒輪彈性以及剛度和誤差的方法來(lái)進(jìn)行噪音的有效管控。如圖1所示。

3.2 噪聲預(yù)測(cè)技術(shù)設(shè)計(jì)

拋開(kāi)上文所述內(nèi)容，為了噪音情況得到及時(shí)管控，就要綜合性研究并管控內(nèi)燃機(jī)噪聲的肌理結(jié)構(gòu)。由內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)以及聲學(xué)方面著手，構(gòu)建內(nèi)燃機(jī)噪聲和特征因素探究模型，從而得出噪聲滿足振動(dòng)傳遞函數(shù)。在現(xiàn)實(shí)規(guī)劃工作之中，可以依據(jù)圖紙進(jìn)行結(jié)構(gòu)方面的預(yù)判，從而得出提前性的噪聲評(píng)價(jià)，進(jìn)而就能夠?qū)ο嚓P(guān)零部件進(jìn)行優(yōu)化，并最終實(shí)現(xiàn)噪聲的有效管控。除此以外，還可運(yùn)用新型材料以及技術(shù)，可以選取重量較小、體積較小且隔聲效果較強(qiáng)的復(fù)合聲學(xué)材料來(lái)進(jìn)行噪聲的管控工作。

4? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)作環(huán)境愈加復(fù)雜，以往的降噪降溫系統(tǒng)已經(jīng)不再滿足現(xiàn)階段日漸高溫以及噪音的工作環(huán)境。在較小的空間內(nèi)構(gòu)建新型減噪降溫系統(tǒng)的難度水平較高，對(duì)此就要充分考慮系統(tǒng)的優(yōu)化工作，通過(guò)溫度以及流量方面進(jìn)行多方面管控，以此來(lái)確保內(nèi)燃機(jī)能夠滿足現(xiàn)實(shí)運(yùn)作需求。

參考文獻(xiàn)：

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