Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы. Постановка цели и задач работы . 11
1.1. Структура акустического излучения ДВС 11
1.1.1. Аэродинамический;шум двигателя. 11
1.1.2. Структурный-шум двигателя 13
1.2.. Источники и механизм образования структурного шума ДВС . 13
1.2.1. Структурный шум от колебаний двигателя на подвеске . 13
1.2.2. Структурный шум от колебаний наружных поверхностей. 14
1.2.3; Механизм образования'структурного шума ДВС 16
Г.З. Акустический баланс ДВС... 17
Г.4: Методы исследования структурного шума,ДВС... 18
1.5:. Применение современных информационных технологий при выполнении виброакустических исследований ДВС. 20
1.5:1. Использование GALS-технологий в области .виброакустики ДВС 20
1.5.2. Состав и структура ЕИП «ДВС» 21;
1.5:3.. Моделирование конструкции, рабочего процесса и структурного шума ДВС на различных этапах его жизненного цикла . 22
1.5.4. Использование систем трехмерного моделирования и инженерного анализа для решения задач виброакустики две ...; 28;
1.6. Методы снижения структурного шума ДВС... 31
1.7.. Цель и задачи работы. 39
Глава 2: Моделирование структурного шума и конструкции двигателявнутреннего сгорания 40
2.1. Модель для расчета акустической мощности основных источников структурного шума ДВЄ 40
2.2. Моделирование структурного шума от рабочего процесса 47
2.3. Методика расчета структурного шума от перекладок поршней 49
2.4. Интегрированная методика и инструментарий для прогнозирования структурного шума двигателя внутреннего сгорания .* 55
2.4.1. Подсистемы геометрического моделирования «КШМ» и «МГР» 55
2.4.2. Подсистема «Рабочий цикл» 65
2.4.3. Подсистема «Структурный шум» : 66
Глава 3. Расчетное исследование влияния параметров конструкции, рабочего процесса и режима работы двигателя на уровень его структурного шума 69
3.1. Объекты исследования 69
3.2. Программа исследования 70
3.3. Результаты исследования 73
3.4. Анализ результатов расчетного исследования 91
3.4.1. Влияние частоты вращения коленчатого вала на уровень акустической мощности источников структурного шума ДВС 91
3.4.2. Влияние коэффициента короткоходности К на уровень структурного шума от рабочего процесса и перекладок поршней 94
3.4.3. Влияние коэффициента короткоходности К на мощностные и экономические показатели двигателя 98
3.4.4. Влияние наддува на уровень структурного шума ДВС 101
' 3.4.5. Влияние компоновочной схемы и количества цилиндров
на уровень структурного шума ДВС 102
3.4.6. Влияние зазора между юбкой поршня и цилиндром на уровень структурного шума от перекладок поршней 104
Глава 4. Экспериментальное определение уровня структурного шума две 111
4.1. Цели исследования 111
4.2. Методика определения акустической мощности дизеля ЧН 12/13 по внешней скоростной характеристике 111
4.2.1. Экспериментальная установка и применяемое оборудование 111
4.2.2. Обработка результатов измерения звукового давления. Расчет акустической мощности 116
4.3. Результаты экспериментального определения спектров и уровней звуковой мощности дизеля 8ЧН 12/13 121
4.4. Расчет уровней звуковой мощности источников структурного шума дизеля 8ЧН 12/13 с использованием реализованной методики прогнозирования структурного шума 123
Выводы 127
Литература
- Структурный шум от колебаний двигателя на подвеске
- Моделирование конструкции, рабочего процесса и структурного шума ДВС на различных этапах его жизненного цикла
- Интегрированная методика и инструментарий для прогнозирования структурного шума двигателя внутреннего сгорания
- Влияние коэффициента короткоходности К на уровень структурного шума от рабочего процесса и перекладок поршней
Введение к работе
Актуальность работы. Интенсивный рост парка автотранспортных средств предопределяет усиление значимости проблемы шумового загрязнения среды обитания человека. Одним из наиболее активных источников шума автомобиля является двигатель внутреннего сгорания (ДВС), снижение акустического излучения которого невозможно без создания и применения эффективных методов моделирования процессов образования шума, реализуемых на основе современных информационных технологий.
Шум ДВС, с учетом специфики образования его отдельных составляющих, подразделяют на аэродинамический и структурный. Аэродинамический шум по своему уровню значительно превышает структурный. Однако задача его снижения в настоящее время успешно решается путем подбора объема и структуры глушителя.
Снижение структурного шума представляет собой более сложную задачу, что связано с необходимостью комплексного описания процессов различной физической природы. Поэтому в настоящее время основные усилия по снижению акустического излучения ДВС сконцентрированы именно в области моделирования и разработки практического инструментария, позволяющего при проектировании двигателя закладывать в его концепцию такие решения, которые обеспечат заданный уровень структурного шума. Естественно, что уменьшение акустического излучения ДВС нельзя рассматривать в отрыве от актуальных проблем снижения токсичности и улучшения экономичности двигателя.
Современные информационные технологии позволяют обеспечить реализацию разработанных методик моделирования шума двигателя в виде компонентов, входящих в единое информационное пространство (ЕИП) «ДВС». Его создание является важной задачей двигателестроения, решение которой позволяет разрабатывать конкурентоспособные образцы транспортных средств, существенно сокращая сроки их создания и обеспечивая соответствие все более высоким требованиям, предъявляемым к их качеству.
Цель работы. Разработка интегрированной методики и инструментальных средств для прогнозирования структурного шума ДВС и анализ влияния конструкции и режима работы на акустическое излучение ДВС.
Методы исследования. Теоретические исследования проводились на основе фундаментальных положений системного анализа, технической акустики, термодинамики. Реализация разработанных методик осуществлялась с использо-
4 ванием стандартных пакетов численного моделирования и инвариантных информационных средств, базирующихся на CALS-технологиях. Экспериментальные исследования осуществлялись на дизеле 8ЧН 12/13 с использованием типовых методик, принятых при анализе шума технических средств по ГОСТ Р 51402-99 (ИСО 3746-95). Сбор и последующая обработка звукового давления выполнялись с помощью микрофонов фирмы РСВ Piezotronics и измерительно-вычислительного комплекса Pimento производства LMS. Научная новизна
Разработана методика прогнозирования акустического излучения ДВС, объединяющая модели конструкции, рабочего цикла и источников структурного шума. Методика реализована в виде комплекса подсистем САПР «ДВС» с использованием современных информационных технологий.
Разработанный комплекс подсистем позволяет формировать отдельные сегменты ЕИП «ДВС» при моделировании конструкции кривошипно-шатунного (КШМ) и газораспределительного (МГР) механизмов ДВС, его рабочего процесса, образования структурного шума от рабочего процесса и перекладок поршней.
С использованием разработанного комплекса выполнен анализ влияния ряда компоновочных схем поршневых ДВС, изменения их конструктивных параметров и режима работы на излучаемый ими структурный шум.
Проведена экспериментальная оценка структурного шума двигателя 8ЧН 12/13. Анализ результатов расчетного и физического экспериментов подтвердил эффективность принятой методики моделирования и разработанного комплекса для прогнозирования структурного шума двигателя.
Практическая ценность. Разработанные подсистемы геометрического моделирования «КШМ», «МГР», а также подсистемы «Рабочий цикл» и «Структурный шум» позволяют на стадии проектирования ДВС осуществлять анализ влияния параметров конструкции и режима работы на структурный шум двигателя, а также на его мощностные и экономические показатели.
Подсистемы геометрического трехмерного моделирования «КШМ» и «МГР» позволяют на основе разработанных параметрических моделей формировать обобщенную модель двигателя, а также оперативно получать при заданном уровне деталгоации двух- и трехмерные модели отдельных деталей ДВС, а также его сборки. Данные модели позволяют определять массово-геометрические и инерционные параметры элементов двигателя, необходимые для расчета его ди-
5 намики и структурного шума, а также формировать конечно-элементные модели конструкции ДВС для оценки прочностных и динамических свойств.
Полученные экспериментальные результаты позволили оценить структурный шум перспективного дизеля 8ЧН 12/13 с наддувом экологического класса Евро-3.
Реализация работы. Разработанные в ходе выполнения диссертации подсистемы используются в научно-исследовательских и учебных целях на кафедре «Теплотехника и автотракторные двигатели» МАДИ (ГТУ).
Подсистемы геометрического моделирования «КШМ» и «МГР» применяются для визуализации конструктивных решений отдельных деталей, узлов и механизмов двигателя, их функционирования в процессе проектирования ДВС, а также для обеспечения учебного процесса как в составе интегрированного обучающего комплекса «ДВС», разрабатываемого на кафедре, так и в виде других дидактических средств.
Основные положения, выносимые на защиту:
интегрированная методика прогнозирования структурного шума ДВС от рабочего процесса и перекладок поршней при изменении компоновки, параметров его конструкции, рабочего процесса и режима работы;
разработанные компоненты, формирующие сегменты ЕИП «ДВС», реализованные в виде подсистем геометрического моделирования «КШМ» и «МГР», а также подсистем «Структурный шум» и «Рабочий цикл», обеспечивающие оценку структурного шума проектируемого двигателя;
результаты расчетного исследования влияния компоновочных схем, параметров конструкции, рабочего процесса и режима работы ДВС на уровень структурного шума от реализации рабочего цикла и перекладок поршней;
результаты расчетного и натурного экспериментов по определению уровня акустической мощности дизеля 8ЧН 12/13 по внешней скоростной характеристике.
Личный вклад автора:
интегрированная методика моделирования спектров и общего уровня акустической мощности основных источников структурного шума ДВС;
подсистемы геометрического моделирования «КШМ» и «МГР», разработанные с использованием инвариантных средств трехмерного моделирования и формирующие сегменты ЕИП «ДВС»;
разработанный на основе современных информационных технологий комплекс, использующий при своей работе подсистемы геометрического моделирования
«КПІМ», «МГР» и подсистемы «Рабочий цикл», «Структурный шум», обеспечивающий прогнозирование структурного шума ДВС при его проектировании;
расчетные исследования влияния компоновки, ряда параметров конструкции, рабочего процесса и режима работы двигателя на уровень его структурного шума от рабочего процесса и перекладок поршней, выполненные с помощью разработанного комплекса;
экспериментальные исследования акустического излучения двигателя 8ЧН12/13, подтвердившие эффективность реализованной методики прогнозирования структурного шума двигателя.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях в МАДИ (ГТУ) (2007, 2009 гг.), ИМАШ РАН (2007 г.), МГТУ им. Н.Э. Баумана (2007 г.), г. Тольятти (2007 г.), МГИУ (2007 г.), ИЛУ РАН (2008 г.), ЮУрГУ (2008 г.) и экспонировались на выставках научных достижений МАДИ (ГТУ) (2006 г.) и «Образовательная среда-2008» на ВВЦ.
Публикации. Материалы исследований представлены в 11/ печатных работах, опубликованных в научных журналах, сборниках и материалах конференций (из них 1 в издании, рекомендованном ВАК РФ).
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Общий объем работы 144 страницы, включая 97 рисунков, 6 фотографий и 11 таблиц. Библиография содержит 114 источников.
Структурный шум от колебаний двигателя на подвеске
Разработанные подсистемы геометрического моделирования «КПІМ», «МГР», а также подсистемы «Рабочий цикл» и «Структурный шум» позволяют на стадии проектирования ДВС осуществлять анализ влияния параметров конструкции и режима работы на структурный шум двигателя, а также на его мощностные и экономические показатели.
Подсистемы геометрического трехмерного моделирования «КШМ» и «МГР» позволяют на основе разработанных параметрических моделей формировать обобщенную модель двигателя, а также оперативно получать при заданном уровне детализации двух- и трехмерные модели отдельных деталей ДВС, а также его сборки. Данные модели позволяют определять массово-геометрические и инерционные.параметры элементов двигателя, необходимые для расчета его динамики и структурного шума, а также формировать конечно-элементные модели конструкции ДВС для оценки прочностных и динамических свойств.
Полученные экспериментальные результаты позволили оценить структурный шум перспективного дизеля 8ЧН 12/13 с наддувом экологического класса Евро-3.
Реализация работы. Разработанные в ходе выполнения диссертации подсистемы используются в научно-исследовательских и учебных целях на кафедре «Теплотехника и автотракторные двигатели» МАДИ (ГТУ).
Подсистемы геометрического моделирования «КШМ» и «МГР» применяются для визуализации конструктивных решений отдельных деталей, узлов и механизмов двигателя, их функционирования в процессе проектирования ДВС, а также для обеспечения учебного процесса как в составе интегрированного обучающего комплекса «ДВС», разрабатываемого на кафедре, так и в виде других дидактических средств.
Основные положения, выносимые на защиту: интегрированная методика прогнозирования структурного шума ДВС от рабочего процесса и перекладок поршней при изменении компоновки, параметров его конструкции, рабочего процесса и режима работы; разработанные компоненты, формирующие сегменты ЕРШ «ДВС», реали зованные в виде подсистем геометрического моделирования «КШМ» и «МГР», а также подсистем «Структурный шум» и «Рабочий цикл», обес печивающие оценку структурного шума проектируемого двигателя; результаты расчетного исследования влияния компоновочных схем, параметров конструкции, рабочего процесса и режима работы ДВС на уровень структурного шума от реализации рабочего цикла и перекладок поршней; результаты расчетного и натурного экспериментов по определению уров ня акустической мощности дизеля 8ЧН 12/13 по внешней скоростной-ха рактеристике.
Личный вклад автора: интегрированная-методика моделирования спектрови общего уровняаку-стической мощности основных источников структурного шума ДВС;
подсистемы.геометрического моделирования «КШМ» и «МГР», разрабо-тайные с использованием инвариантных средств трехмерного моделирования и формирующие сегменты ЕИП «ДВС»;
разработанный на основе современных информационных технологий комплекс, использующий, при своей работе подсистемы геометрического моделирования «КШМ», «МГР» и подсистемы «Рабочий цикл», «Структурный шум», обеспечивающий прогнозирование структурного- шума ДВС при его проектировании;
расчетные исследования влияния компоновки, ряда параметров конструкции, рабочего процесса и режима работы двигателя на уровень его структурного шума от рабочего процесса и перекладок поршней, выполненные с помощью разработанного комплекса;
экспериментальные исследования акустического излучения; двигателя 8ЧН12/13, подтвердившие эффективность реализованной методики прогнозирования структурного шума двигателя.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на научно-технических конференциях в МАДИ (ГТУ) (2007, 2009 гг.), ИМАШ РАН (2007 г.), МГТУ им. Н.Э. Баумана (2007 г.), г. Тольятти (2007 г.), МГИУ (2007 г.), ИЛУ РАН (2008 г.), ЮУрГУ (2008 г.) и экспонировались на выставках научных достижений МАДИ (ГТУ) (2006 г.) и «Образовательная среда-2008» на ВВЦ.
Публикации. Материалы исследований представлены в 11 печатных работах, опубликованных в научных журналах, сборниках и материалах конференций (из них 1 в издании, рекомендованном ВАК РФ).
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Общий объем работы 144 страницы, включая 97 рисунков, 6 фотографий и 11 таблиц. Библиография содержит 114 источников.
Моделирование конструкции, рабочего процесса и структурного шума ДВС на различных этапах его жизненного цикла
Конечно-элементные модели используются для определения средней скорости колебаний наружных поверхностей.
В целом, применение метода конечных элементов для решения задач виброакустики имеет свои достоинства и недостатки.
Достоинствами являются точность расчетов и сокращение расходов на изготовление натурных образцов с их последующими испытаниями.
Недостатки конечно-элементного моделирования конструкции двигателя для решения задач его виброакустики: высокие требования к аппаратному обеспечению компьютера и возрастание времени расчета при усложнении модели. Однако, современные тенденции развития аппаратного и программного обеспечения вычислительно техники: многоядерные процессоры и многопроцессорные рабочие станции, применение-распределенных вычислений и т.д. позволяют надеяться на преодоления указанных недостатков.
Один из способов сокращения времени исследований заключается в применении граничных элементов при расчете шума от колебаний наружных поверхностей. В этом случае значительно» сокращается-! количество узлов модели, и ускоряется.ее расчет.
Подробный анализ особенностей использования метода граничных элементов при расчете структурного шума выполнен в [21], где определены достоинства использования МГЭ при расчете структурного шума: уменьшенная на единицу размерность решаемой, задачи, упрощающая генерацию гранично-элементных сеток; принципиальная возможность расчета излучения звука «в бесконечность» без эффекта отраженных волн, присутствующего в МКЭ; меньшие по сравнению с МКЭ вычислительные затраты на получение результата одинаковой точности.
Значительно меньшие вычислительные затраты на проведение расчетов структурного шума корпусных деталей делают применения МГЭ предпочтительным. На основе результатов расчета излучения шума МГЭ вычисляются характеристики, подобные определяемым в экспериментах — поле интенсивности излучения звука поверхностями корпусных деталей, октавные или третьок 31 тавные уровни звукового давления-в местах расположения виртуальных микрофонов, октавные или третьоктавные уровни звуковой мощности двигателя.
Методы снижения структурного шума ДВС
В п. 1.1 были выделены основные источники структурного шума. Для снижения их уровня шума необходимо проводить комплексные расчетно -экспериментальные исследования по оценке влияния отдельных конструктивных решений двигателя. Значительный вклад в разработку способов исследования и методов«снижения шума и вибраций поршневых двигателей внесли В.Н. Луканин, И.В. Алексеев, В.Е. Тольский, М.А. Разумовский, В.И. Зинченко, М.Г. Шатров, Н.И. Назаров, Т. Priede, N. Lalor, G. Thien, M. Heckl и др. Результаты их работы отразились в значительном количестве научных публикаций, отчетов, учебников.
Акустическая мощность источников структурного-шума ДВС излучается в результате колебаний наружных поверхностей двигателя. И наиболее активными источниками, возбуждающими данные колебания, являются рабочий процесс и соударения подвижных элементов двигателя. Поэтому главными, направлениями снижения структурного шума являются: изменение рабочего процесса; совершенствование конструкции ДВС; применение специальных мероприятий, индивидуальных для каж дого двигателя: Рассмотрим более подробно состояние исследований по каждому из направлений. Рабочий процесс ДВС
При»доводке рабочего процесса с точки зрения акустики необходимо учитывать взаимосвязь мощностных, экономических и акустических показателей таким образом, чтобы при улучшении акустических показателей не происходило ухудшения остальных. Основы проектирования «малошумных» двигателей и особенности орга низации.их рабочих процессов для обеспечения требуемого уровня шума рассмотрены в работах И.В. Алексеева [4, 7], в которых даны определения понятиям «аку 4 стически идеальный рабочий цикл» и «акустически оптимальный рабочий цикл».
Акустически идеальным рабочим циклом называется совокупность периодически повторяющихся рабочих процессов, происходящих в цилиндре и обеспечивающих такой закон изменения давленияж нем по углу поворота коленчатого вала, при котором излучаемая при этом двигателем звуковая мощность будет минимальна. Не накладывается ограничений на. его термодинамическую эффективность.
Акустически оптимальный рабочий гщкл является разновидностью акустически идеального с учетом требования достижения в нем основных термодинамических параметров близких к уровню» аналогов в рабочих процессах современных ДВС.
Независимо от уровня идеализации рабочие процессы- «малошумно-го» ДВС должны удовлетворять следующим требованиям: - возможность практической реализации в ДВС без значительной-модернизации конструкции; - минимальный уровень силового воздействия газовых сил на те элементы конструкции, которые формируют камеру сгорания во всем диапазоне частот, характерном для структурного шума!ДВС.
В качестве основного критерия для сравнения рабочих циклов с разными способами смесеобразования и, соответственно, подвода теплоты с точки, зрения-их акустического совершенства выбраны приращение уровней среднего пошоверхности двигателя квадрата эффективной скорости колебаний - (ALv)p и.акустической.мощности — (ALp)p. Эти приращения возникают в случае изменении способа реализации рабочего цикла при/ неизменности конструкции двигателя и рассчитываются по формулам
Интегрированная методика и инструментарий для прогнозирования структурного шума двигателя внутреннего сгорания
Под параметризацией модели понимается выявление ее характерных размеров и установление функциональной.взаимосвязи между ними.
Применение параметризации при разработке трехмерных моделей элементов ДВС дает возможность оперативного изменения конструкции детали при проведении исследования без построения полностью новой модели. Таким образом, осуществляется сокращение времени исследования. С другой стороны, использование параметризации вносит некоторые ограничения сложности модели, необходимость которых обусловлена корректностью геометрии модели после ее пересчета с новыми параметрами. На рис. 2.7 представлена параметрическая схема поршневой группы.
На ней показаны следующие основные параметры: диаметр цилиндра Д высота поршня Н высота юбки (от нижнего края поршня до нижнего торца маслосъемного кольца) кю, высота жарового пояса И, высота расположения пальца h2 (от нижнего края поршня до оси пальца), его наружный диаметр dntt, высота кольца Ьк, расстояние между бобышками 6,„ толщина днища поршня б, радиальные толщины головки 5Г и юбки 5Ю.
Кроме того, дополнительно задаются тип камеры сгорания, тип поршневого пальца, количество верхних поршневых колец /вк, наличие нижнего маслосъемного кольца в юбке поршня / нк, материалы поршня, пальца и поршневых колец.
В итоге трехмерная модель поршневой группы представляет собой сборочную модель, состоящую из трехмерных моделей поршня, поршневого пальца, поршневых колец и стопорных колец для фиксации поршневого пальца. Модели поршневых колец (компрессионного и маслосъемного), поршневого пальца и камер сгорания также являются параметрическими.
Параметры кривошипа коленчатого вала условно разделены на группы: щека, шатунная шейка, коренная шейка, противовес. Радиус кривошипа г является одним из компоновочных параметров КШМ, определяющих его кинематику, К параметрам щеки относятся толщина Лщ ширина щеки в зоне коренной и шатунной шеек - 5ЩШ и Вшк. Шатунная шейка описывается наружным диаметром Ди.ш, длиной LUL[Ui диаметром внутреннего отверстия с!шш вн и его эксцентриситетом е. Геометрия коренной шейки определяется ее наружным диаметром Дсш, длиной кш и диаметром внутреннего отверстия - к.ш вн- В зависимости от количества цилиндров и компоновочной схемы двигателя меняются углы взаимного смещения кривошипов
Противовес кривошипа коленчатого вала также имеет свои параметры (рис. 2.9): наружный радиус Лпр, толщину Л„р, угол охвата G»p и угол поворота относительно оси симметрии кривошипа рпр.
Основными переменными маховика коленчатого вала являются диаметр венцаZ B, внутренний Z)OTB, наружный Z)HT, средний Z)CT и посадочный Д,.х диаметры, общая ширина маховика 5М0, ширина диска Вл, венца 5В, посадочная ширина Впх и посадочная толщина Тпл. В итоге формируется сборочная модель, состоящая из коленчатого вала и маховика, показанная на рис. 2.10.
В процессе разработки трехмерной модели блока картера использовались две обобщенные параметрические схемы - для двигателя линейной и V-образной компоновок, отображенные на рис. 2.11.
В составе блока-картера выделяются группы параметров цилиндра вместе с системой охлаждения, картера и коренной опоры.
К параметрам цилиндра и системы охлаждения относятся толщина стенки /ц, выбег поршня вверх епл и вниз - еп.„, толщина в.р и ширина Лвц рубашки системы охлаждения, толщина стенки блока ,ц, толщина нижней плиты /пн и толщина верхней плиты taВі а для К-образной компоновки задается угол развала цилиндров. Картер характеризуется величиной разъема Нк, расстоянием между консолями Ьк1, шириной консоли Ьк2 и высотой торца Лк.ф.
Для коренной опоры задаются: высота крышки hKK, толщина крышки /к.к, толщина крышки внутренняя кв, толщина крышки наружная кн, толщина коренного вкладыша в.к и диаметр болта коренной опоры dK6.
Кроме блока-картера осуществляется проработка конструкции масляного поддона (рис. 2.12). К его параметром относятся общая длина Ln, длина 1 -ой секции //, высота 1-ой и 2-ой секций - h} и /г и ширина в нижней части А[1Н.
Влияние коэффициента короткоходности К на уровень структурного шума от рабочего процесса и перекладок поршней
При сравнении изменения уровня акустической мощности от разных источников для каждого двигателя (рис. 3.38...3.40) влияние постоянства толщины рубашки охлаждения между цилиндрам tBn и межцилиндрового расстояния яМЛ1 оказалось несущественным.
Структурный шум от перекладок поршней при увеличении К и фиксированном зазоре А = 0,1 мм между юбкой поршня и цилиндром меняется значительно меньше, чем структурный шум от рабочего процесса. Изменение его-уровня меньше 1 дБ.
В связи с подобными результатами исследования необходимо проанализировать причины указанных изменений для каждого источника структурного шума, выявить наиболее влияющие факторы.
Акустическая мощность рассчитывается по формуле (2.1). В ее состав входят 2" величины, изменяющиеся при варьировании К: площадь наружной поверхности ДВС - б цве и средний по поверхности квадрат скорости колебаний. Влияние бдас на величину звуковой мощности незначительно, так как при увеличении К от 0,8-до 1,2 изменение площади наружнойшоверхности двигателя дде по абсолютной величине меньше 8%. Поэтому необходимо проанализировать изменение скорости колебаний наружных поверхностей при варьировании К.
Согласно (2.3) скорость колебаний наружных поверхностей зависит от массы двигателя, спектральной плотности силового-фактора.G(kfo) и входного сопротивления конструкции двигателя, на которые прямо или косвенно влияет коэффициент короткоходности согласно формулам (2.9)...(2.12).
В случае рабочего процесса G(kfo) прямо пропорциональна площади поршня, которая, в свою очередь, пропорциональна квадрату диаметра цилиндра. При увеличении коэффициента короткоходности К при постоянном рабочем объеме происходит существенное уменьшение диаметра цилиндра (табл. 3.8), что, учитывая- незначительные изменения других параметров (масса, площадь поверхности, длина ДВС) и приводит к уменьшению спектральной плотности и, в итоге, к снижению излучаемой звуковой мощности. То есть для рабочего процесса наиболее влияющим фактором является диаметр цилиндра ДВС.
В случае перекладок поршня уменьшение спектральной плотности силы N за счет сокращения силы Р , компенсируется увеличением силы инерции поршня Рр так как она пропорциональна квадрату его средней скорости, которая, как известно, прямо пропорциональна ходу поршня. При увеличении коэффициента короткоходности К ход поршня увеличивается (табл. 3:8). Спектральная плотность эквивалентного ударного импульса Gxya(kfo) будет уменьшаться в связи с уменьшением массы поршня тп, но это уменьшение не оказывает заметного влияния на величину спектральной плотности силового фактора.
Таким образом, при заданных условиях исследования наиболее существенно влияющими на звуковую мощность от перекладок поршней факторами являются» ход поршня и диаметр цилиндра. Влияние изменения- длины ДВС (постоянства ам-ц и ВЛ1) несущественно.
Изменение суммарного уровня «звуковой мощности Lp-г определяется вкладом от каждого источника. В целом при увеличении К от 0,8 до 1,2 L v уменьшается на 0,1... 1,4 дБ в зависимости от компоновки ДВС и количества цилиндров; причем большие значения соответствуют двигателям линейной компоновки, а меньшие - F-образной .
Влияние коэффициента короткоходности ІГ на мощностные и экономические показатели двигателя Одной из задач исследования была оценка влияния коэффициента К на мощностные и экономические параметры ДВС. Решение данной задачи позволило соотнести изменение уровня шума и указанных параметров и сделать вывод о целесообразности изменения коэффициента К для снижения шума двигателя.
Как видно из рис. 3.41...3.43 и табл. 3.8. для всех исследуемых двигателей при увеличении коэффициента К происходит уменьшение эффективной мощности Ne, крутящего момента Мк и увеличение удельного эффективного расхода топлива ge. Данные изменения объясняются увеличением средней скорости поршня с„ (рис. 3.44), в результате чего увеличиваются потери на трение.
На примере двигателей 8ЧН 12/12 и 84 12/12, которые представляют собой модификации двигателя КамАЗ-7403 с наддувом и без наддува, выполнен анализ влияния наддува на уровень структурного шума по ВСХ.
Имеющаяся методика расчета рабочего цикла дизеля не учитывает уменьшение периода задержки воспламенения при использование наддува. Поэтому при расчете рабочего цикла дизелей 84 12/12 и 8ЧН 12/12 для учета изменения периода задержки воспламенения и, как следствие, жесткости сгорания были использованы разные значения относительного количества теплоты Аи подводимого в первой фазе сгорания (0,15 для дизеля с наддувом и 0,3 для дизеля без наддува).
Из результатов расчета (рис. 3.45) следует, что применение наддува с целью увеличения эффективной мощности приводит к снижению общего уровня структурного шума по ВСХ на 1,1...2,5 дБ на различных частотах вращения коленчатого вала.
