摘要 為了在高增壓及高廢氣再循環(huán)率條件下降低低溫預混合狀態(tài)下的發(fā)動機燃燒噪聲，簡單介紹從實際發(fā)動機試驗與模擬計算兩方面開展的研究，即降低預混合壓縮著火發(fā)動機燃燒噪聲的方法與效果。

為了使柴油機的排放性能滿足今后越來越嚴格的排放法規(guī)要求，在高增壓與高廢氣再循環(huán)（EGR）率條件下應用低溫預混合燃燒方式是較為有效的，但另一方面，必須解決降低燃燒噪聲的課題。

雖然與燃燒噪聲關系最為密切的影響因素是最大壓力升高率，但實際上還存在多個相關因素，因此，即便是在較高的最大壓力升高率條件下，也能在某種程度上降低燃燒噪聲。北海道大學的研究人員從實際發(fā)動機試驗與模擬計算2方面著手，以降低預混合壓縮著火發(fā)動機的燃燒噪聲為目的，開展了研究，本文將簡單介紹相關的研究內容。

1 燃燒噪聲的評價方法

發(fā)動機試驗使用配裝最新共軌噴油系統(tǒng)的550 mL單缸增壓柴油機?；谟甥溈孙L采集的發(fā)動機噪聲及氣缸內壓力數(shù)據(jù)，運用關聯(lián)法，測試了燃燒噪聲與噪聲傳遞函數(shù)。

另一方面，在模擬計算中，基于Wiebe函數(shù)，假設預混合壓縮著火發(fā)動機燃燒時的任意放熱率，并由此計算得出氣缸內壓力及其傳遞函數(shù)，對燃燒噪聲進行預測。例如，在相同的放熱率曲線形態(tài)下，只改變其相位，對燃燒噪聲與放熱率進行模擬計算評價。這種在實際發(fā)動機試驗中無法實施的評價方法能在模擬計算中被輕易地完成。圖1示出了上述模擬計算的結果。結果表明，在高熱效率條件下，燃燒噪聲也較大，Lund大學的Johansson教授將這種現(xiàn)象描述為“效率噪聲”，即高效率條件下的噪聲現(xiàn)象。由此可見，要在維持高熱效率的同時降低燃燒噪聲有一定挑戰(zhàn)。

圖1 維持放熱率形態(tài)并改變相位后的熱效率及燃燒噪聲

本研究中，為了應用模擬計算方法探討降低燃燒噪聲的途徑，詳細地調查了放熱率曲線形態(tài)，利用增壓及EGR等改變放熱率曲線形態(tài)，并結合實際發(fā)動機試驗進行了驗證放熱率曲線形態(tài)對熱效率與燃燒噪聲的影響（模擬結果）

2.1 放熱率50%的曲軸轉角位置

由圖1中的結果可知，如果為降低燃燒噪聲而提前或延遲放熱率達50%的曲軸轉角（CA50），則熱效率也會同時降低，所以，僅僅從CA50的角度出發(fā)，是難以同時實現(xiàn)高熱效率與低燃燒噪聲的。

2.2 放熱率的早期升高

如果放緩高溫氧化反應的早期呈現(xiàn)上升趨勢，則燃燒初期的最大壓力升高率會受到抑制，從而有效地降低燃燒噪聲。在進行噪聲頻率分析后發(fā)現(xiàn)，尤其在2 000 Hz以上的高頻區(qū)域，燃燒噪聲的降低效果是較為顯著的。此外，為了維持較高的熱效率水平，縮短燃燒后期時間、提高等容度的燃燒形態(tài)是較為有利的。

2.3 燃燒持續(xù)期與放熱率峰值

在放熱率峰值為恒定值的條件下，延長燃燒持續(xù)期，發(fā)動機的負荷會隨之升高，一般認為此時的燃燒噪聲會加大，但實際上，如果抑制燃燒初期的放熱，就有可能降低燃燒噪聲。此外，在燃燒持續(xù)期不變的條件下，如果增大放熱率峰值，那么，在整個頻域內，燃燒噪聲都會加大。因此，在以相同負荷運轉的情況下，如果在等容度不發(fā)生惡化的范圍內延長燃燒持續(xù)期，抑制放熱率峰值，使其處于較低的水平，則可以實現(xiàn)兼顧低燃燒噪聲與高熱效率的發(fā)動機運轉。

3 實際發(fā)動機試驗結果

圖2示出了利用增壓與EGR，在相同負荷條件下改變放熱率后放熱率與氣缸內壓力的關系。圖3示出了此時的燃燒噪聲頻率分析結果。結果表明，利用增壓及EGR，抑制放熱率峰值，延長燃燒持續(xù)期，使高溫氧化反應的初期速度放緩，就可以在熱效率不發(fā)生惡化的前提下，降低燃燒噪聲達6.3 dB(A)，同時，還能成功抑制300 Hz以上頻域的發(fā)動機燃燒噪聲。

圖2 燃燒噪聲的降低（實際發(fā)動機試驗）

圖3 噪聲頻率分析結果（實際發(fā)動機試驗）