外文翻譯--內(nèi)燃機(jī)主動(dòng)衰減排氣閥門設(shè)計(jì) 中文版.doc

徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(外文翻譯)內(nèi)燃機(jī)主動(dòng)衰減排氣閥門設(shè)計(jì)R.Boonen,P.Sas摘要能有效衰減內(nèi)燃機(jī)排氣噪聲的消聲器早就被發(fā)明了，這種消聲器主要是由連接緩沖容器的電動(dòng)控制閥所組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的脈沖流在容器中得到緩沖且能持續(xù)控制閥門阻力盡讓少量的氣流進(jìn)入空氣。這種氣流沒(méi)有波動(dòng)，因此幾乎不會(huì)產(chǎn)生噪聲。這種主動(dòng)消聲器是由模擬電路實(shí)現(xiàn)的。首先，我們將通過(guò)對(duì)包括內(nèi)燃機(jī)和線性主動(dòng)消聲器的模擬電路的研究來(lái)獲得消聲器與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的相互關(guān)聯(lián)。然后，在單獨(dú)的電子模擬電路的基礎(chǔ)上建立詳細(xì)的閥門模型。它包括電氣，機(jī)械和執(zhí)行器閥門的氣流動(dòng)態(tài)特性。然后模擬閥門執(zhí)行器來(lái)建立原型。主動(dòng)消聲器已經(jīng)在低溫發(fā)動(dòng)機(jī)模型下測(cè)試過(guò)了。其使用的壓縮氣體會(huì)使該裝置因氣流產(chǎn)生現(xiàn)實(shí)排氣噪聲。它不需要發(fā)動(dòng)機(jī)和主動(dòng)消聲器跟被動(dòng)元件的預(yù)先連接，在非常低的轉(zhuǎn)速下減輕脈沖。這是使用基于揚(yáng)聲器作為主消聲器所不可能達(dá)到的效果。1簡(jiǎn)介內(nèi)燃機(jī)在很多場(chǎng)合都有廣泛的應(yīng)用，其中在交通運(yùn)輸方面所占份額最大。但與此同時(shí)，內(nèi)燃機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中也造成了以一些問(wèn)題，比如空氣污染和環(huán)境噪音。在過(guò)去的幾十年，針對(duì)減少空氣污染，溫室效應(yīng)，噪聲污染已經(jīng)有了嚴(yán)格的立法。今天，小型汽車的排放量限制在74分貝以內(nèi)，重型車輛的排放量限定在84分貝之內(nèi)。對(duì)于汽車，二氧化硫的排放量必須限制在190克/公里（歐盟第三至指令），并且這個(gè)數(shù)據(jù)會(huì)在2003年減少到170克/公里（歐IV），到2008年將會(huì)減小到140克/公里（歐盟五）.雖然這些數(shù)據(jù)乍一看沒(méi)有什么相關(guān)性，但他們確實(shí)對(duì)排氣系統(tǒng)的發(fā)展起著一定的影響指導(dǎo)作用。這個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展方向是最小化被壓發(fā)動(dòng)機(jī)，最大化發(fā)動(dòng)機(jī)效率，而且要保證無(wú)噪音衰減性能損失。當(dāng)下解決這個(gè)問(wèn)題的最好辦法是發(fā)展主動(dòng)排氣系統(tǒng)。在近幾年工程師，科學(xué)家針對(duì)管道中的主動(dòng)噪音消除進(jìn)行了很多研究，也產(chǎn)生了很多專利。揚(yáng)聲器系統(tǒng)被成功地應(yīng)用在通風(fēng)通道的商業(yè)領(lǐng)域。另外揚(yáng)聲器系統(tǒng)還應(yīng)用到了固定的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)上。比如底特律柴油機(jī)公司和KEBA公司的AISM系統(tǒng)。在汽車上，有源音箱被開(kāi)發(fā)應(yīng)用到六個(gè)或更多的氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)上。對(duì)于四缸發(fā)動(dòng)機(jī)，揚(yáng)聲系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)在很極端的條件下排氣，這給系統(tǒng)帶來(lái)了很多問(wèn)題，比如說(shuō)低噪音，效率和可靠性的問(wèn)題。從概念上講，將可控閥應(yīng)用到排氣管上更加穩(wěn)健?？刂崎y門的元件可以比較小，而且控制嚴(yán)格精準(zhǔn)。它可以直接排放廢氣。閥門通過(guò)使用一個(gè)外部信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)阻力的無(wú)級(jí)變速。理論上講，閥門是純阻性的，它不可能從氣流中存儲(chǔ)能量。通過(guò)天然氣的流動(dòng)，閥門產(chǎn)生的壓力下降。當(dāng)閥門的音速保持不變的時(shí)候，從而實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)消除噪音的效果。在圖一中，第一個(gè)圖形通過(guò)閥門的阻力特性反映了聲壓是如何影響流體流動(dòng)的。第二個(gè)圖演徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(外文翻譯)示了如何通過(guò)改變閥門的阻力使之下降從而產(chǎn)生相反方向的波動(dòng)流。第三幅圖是將兩者的效果疊加在恒定流量上的結(jié)果。基于這一理念，普瓦捷大學(xué)（一個(gè)執(zhí)法機(jī)關(guān)）正在研究開(kāi)發(fā)噪聲衰減器。這項(xiàng)研究采用的是蝶閥在內(nèi)燃機(jī)試驗(yàn)臺(tái)上的測(cè)試的方法。測(cè)試鉆機(jī)是配備了液壓制動(dòng)裝置的一個(gè)一百三十五立方厘米的四缸發(fā)動(dòng)機(jī)從汽車。在排氣處兩個(gè)被動(dòng)式消聲器被預(yù)連接閥門的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。作為控制策略，一家X-LMS公司對(duì)前饋反饋控制系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。在前饋的情況下，三個(gè)第一諧波被減小20至30分貝。在反饋的情況下，一次諧波減少20分貝，二次諧波減少5分貝。本文中所提到的致力于發(fā)展排氣消聲器的研究工作室以閥門的概念為基礎(chǔ)，它無(wú)需安裝消聲器和有源器件就可以用來(lái)處理發(fā)動(dòng)機(jī)壓力排氣的聲音功率。產(chǎn)生的回壓要求比較低。繼有源器件之后，我們可以安裝小的被動(dòng)消聲器來(lái)衰減高頻噪聲。2有源消聲器的發(fā)展2.1原理理論上來(lái)講，如果在源和閥門間沒(méi)有電容器元件而在速度源氣流中插入主動(dòng)閥門，像內(nèi)燃機(jī)是沒(méi)有效果的。容器速度源強(qiáng)制將規(guī)定的氣流通過(guò)排氣系統(tǒng)，無(wú)論里面是否產(chǎn)生壓力。電容元件可以使用管道或容器引入。當(dāng)閥門置入沒(méi)有適當(dāng)電容元件的引擎排氣管道時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高背壓或僅低的衰減噪聲。下圖2是使用控制閥門來(lái)控制容器速度源的最簡(jiǎn)單系統(tǒng)。引擎作為容器速度源。在排氣中，包含電容C的容器和具有可變電阻R(t)的調(diào)節(jié)閥門相連。阻抗Z是尾管和露天散熱器的阻抗。從源來(lái)的氣流在電容C和依時(shí)電阻R(t)上發(fā)生分解?，F(xiàn)在，控制器必須使閥門阻力隨時(shí)間而變化，這樣使得通過(guò)阻力的波動(dòng)氣流變?yōu)?。圖2最簡(jiǎn)單的在內(nèi)燃機(jī)，類似容器速度源上的主動(dòng)控制閥方案徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(外文翻譯)由電氣等效電路得到閥門電阻變化：整理式(1)得：通過(guò)閥門口得恒流為：控制器按時(shí)間改變閥門阻力根據(jù)：其中R0是初始閥門阻力，同樣的結(jié)果可以通過(guò)在閥門后控制器最大限度減少壓力UZ實(shí)現(xiàn)。這種簡(jiǎn)單的考慮有兩個(gè)重要的后果。首先，通過(guò)平衡容器閥門組合，可以控制從任意容器速度源來(lái)的氣流。其次，只要電阻R(t)總是保持主動(dòng)，R0可以任意選擇電阻R0可以得到優(yōu)化獲得最低的發(fā)動(dòng)機(jī)回壓，來(lái)獲得高的發(fā)動(dòng)機(jī)效率。2.2發(fā)動(dòng)機(jī)和消聲器的電氣等效模型圖2中的簡(jiǎn)單模型，看上去不是很現(xiàn)實(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)，因此該模型將擴(kuò)大。容器速度源將由發(fā)動(dòng)機(jī)模型代替，在發(fā)動(dòng)機(jī)和主動(dòng)消音器間連接風(fēng)管，在消聲器后連接尾管，由此而產(chǎn)生的電路圖如圖3。電路的左邊部分是發(fā)動(dòng)機(jī)模型。四個(gè)可變電容代替四個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)氣瓶，其容積在最大和死體積間按正弦變化。開(kāi)關(guān)電阻上部設(shè)置代替進(jìn)氣門，下部設(shè)置代替排氣閥門。開(kāi)關(guān)隨著凸輪軸起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)閥門相同的順序驅(qū)動(dòng)，排氣閥電阻后的四個(gè)短傳輸線代替汽缸導(dǎo)管與排氣直觀交界間的排氣導(dǎo)管。進(jìn)氣端連接到電壓源代表大氣壓力相當(dāng)于100Kv。燃燒由脈沖電流源并聯(lián)電容的圓柱電容器充電來(lái)模擬。徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(外文翻譯)充電時(shí)間點(diǎn)對(duì)應(yīng)點(diǎn)火時(shí)間點(diǎn)。右邊部分代表主動(dòng)排氣系統(tǒng)。傳輸線T代表消聲器通過(guò)管子連接發(fā)動(dòng)機(jī)。電容C代表緩沖區(qū)和控制閥可變電阻R(t)。傳輸線Tt代表尾管和連接Ra的電阻電感，La對(duì)應(yīng)球形散熱阻抗。在模擬中，同位反饋控制器主導(dǎo)控制閥門阻力。這種控制器只需設(shè)置主動(dòng)消聲器屬性。實(shí)際上，必須運(yùn)