專利名稱：利用廢氣再循環(huán)控制柴油機瞬態(tài)工況燃燒噪聲的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于內(nèi)燃機燃燒技術(shù)，具體涉及到控制柴油機瞬態(tài)工況燃燒噪聲的技術(shù)方法與裝置。

背景技術(shù)：
柴油機運行產(chǎn)生的噪聲主要是燃燒噪聲，其中尤以直噴式柴油機為重。通常情況下，瞬態(tài)工況燃燒噪聲要比同轉(zhuǎn)速、同負(fù)荷的穩(wěn)態(tài)工況時大。瞬態(tài)工況運轉(zhuǎn)主要表現(xiàn)在發(fā)動機起動、加減速等，因此在國家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)車輛噪聲測試中所規(guī)定的大部分測試程序都涉及到瞬態(tài)工況。研究表明瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)工況下的同負(fù)荷同轉(zhuǎn)速燃燒噪聲的差異，是由于兩種工況噴油量不同以及燃燒室壁面溫度的差異影響到滯燃期，導(dǎo)致瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)氣體動力載荷和高頻振蕩的差異。
廢氣再循環(huán)(以下簡稱-EGR)技術(shù)可用來降低NOx。當(dāng)柴油機在負(fù)荷下運轉(zhuǎn)時，EGR閥開啟，使少量的廢氣通過進氣歧管進入燃燒室。廢氣是一種不可燃?xì)怏w(不含燃料和氧化劑)，在燃燒室內(nèi)不參與燃燒。它通過吸收燃燒產(chǎn)生的部分熱量來降低燃燒溫度和壓力，以減少氧化氮的生成量。在采用EGR技術(shù)時，高溫的廢氣進入進氣管，將使得進氣溫度提高，從而能夠使得燃燒的滯燃期縮短，并且通過降低燃燒溫度和壓力，從而降低燃燒的粗暴性，所以可以降低燃燒噪聲。本發(fā)明的目的在于通過控制EGR率，使得在瞬態(tài)工況下，增加EGR率，從而提高進氣溫度以縮短燃燒的滯燃期，以實現(xiàn)降低瞬態(tài)工況燃燒噪聲的目的。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是使用廢氣再循環(huán)技術(shù)，提供一種控制柴油機瞬態(tài)工況燃燒噪聲的技術(shù)方法與裝置。
本發(fā)明提出的系統(tǒng)裝置及工作原理如圖1所示。廢氣再循環(huán)-簡稱EGR，本裝置除柴油機系統(tǒng)外主要由EGR控制以及參數(shù)測量的系統(tǒng)組成。在柴油機的進、排氣管路中引入了EGR閥和EGR冷卻器，通過CO2氣體分析計測量EGR率。EGR控制器在接收柴油機的轉(zhuǎn)速信號、油門位置信號、發(fā)動機水溫信號和EGR率等信號后，控制排氣管路中的壓力和EGR率，由此可提供一種合適的廢氣再循環(huán)工況?？梢酝瑫r由信號采集卡對缸內(nèi)壓力、壁面溫度、油管壓力、表面振動進行采集，采取9點法在半消聲室測量發(fā)動機平均聲壓級，并傳入計算機，由計算機對測量信號進行數(shù)據(jù)處理，驗證EGR對柴油機瞬態(tài)工況燃燒噪聲控制效果。
使用EGR控制柴油機瞬態(tài)工況燃燒噪聲方法的具體技術(shù)原理是在柴油機加速，變負(fù)荷等瞬態(tài)工況發(fā)生時，都是通過踩油門來實現(xiàn)的。通過油門位置信號感受瞬態(tài)工況的發(fā)生，然后通過調(diào)節(jié)背壓閥和EGR閥的開度，將廢氣引入柴油機進氣道。柴油機進氣道引入廢氣后，使得進氣溫度提高，滯燃期縮短，使得柴油機燃燒的壓力升高率降低。另外，EGR使得燃燒溫度降低，使得燃燒速度放緩，適量的EGR又會使燃燒更均勻，這些使得缸內(nèi)壓力高頻振蕩減弱。壓力升高率的降低和壓力高頻振蕩的減弱使得柴油機燃燒柔和，燃燒噪聲降低，瞬態(tài)工況輻射噪聲降低。整個裝置由EGR控制系統(tǒng)監(jiān)測柴油機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率，當(dāng)功率損失超過可接受范圍(6％)時，會自動調(diào)節(jié)背壓閥和EGR閥的開度，降低EGR率。



圖1是本發(fā)明實驗裝置及結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2是對柴油機瞬態(tài)工況輻射噪聲影響的三種負(fù)荷工況測試結(jié)果。
圖3是EGR對壓力升高率的影響；圖4是EGR對缸內(nèi)壓力級的影響
具體實施例方式 以下結(jié)合實施例對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理做進一步的說明，按照圖1所示對各部件進行系統(tǒng)連接。在柴油機1的排氣管2開有廢氣通道3，廢氣通道3與進氣通道6間設(shè)有EGR冷卻器5。廢氣通道3設(shè)有EGR閥4。進氣通道6與排氣管2之間裝有CO2氣體分析計7。EGR控制器8的信號輸入端接入來自柴油機1的轉(zhuǎn)速信號9、油門位置信號10、發(fā)動機水溫信號11和來自于CO2氣體分析計7的EGR率信號12；EGR控制器8的輸出信號端接與背壓閥13和EGR閥4。信號采集卡14的輸入端接入柴油機缸內(nèi)的壓力、壁面溫度、油管壓力以及柴油機表面振動采集的參數(shù)16；信號采集卡14的輸出端與計算機15相連，柴油機的輻射噪聲信號17獨立接入計算機15。在運行中柴油機排氣管2的部分排氣通過廢氣通道3經(jīng)EGR閥4和EGR冷卻器5引入進氣通道6。通過CO2氣體分析計7測量EGR率。柴油機的轉(zhuǎn)速信號9、油門位置信號10、發(fā)動機水溫信號11和EGR率信號12等均由EGR控制器接收，EGR控制器輸出端信號接與背壓閥13和EGR閥4。在柴油機加速，變負(fù)荷等瞬態(tài)工況發(fā)生時，是通過油門開度大小來控制，所以EGR控制器可以通過油門位置信號10傳遞瞬態(tài)工況的發(fā)生信息。EGR控制器8根據(jù)柴油機轉(zhuǎn)速信號9、油門位置信號10、發(fā)動機水溫信號11和EGR率信號12，實時調(diào)整背壓閥13和EGR閥4的開度，將廢氣通過廢氣通道3引入柴油機進氣道6。從而實現(xiàn)瞬態(tài)工況下，在進氣道6增加廢氣的含量，降低燃燒噪聲的目的。
EGR控制器8在電控柴油機中可以與電控單元(ECU)整合在一起。在具體運行中，通過信號采集卡14將缸內(nèi)壓力、壁面溫度、油管壓力、表面振動等信號16采集的參數(shù)和輻射噪聲17傳入計算機15。計算機15對傳入的缸內(nèi)壓力、壁面溫度、油管壓力、表面振動、輻射噪聲的測量信號進行數(shù)據(jù)處理，驗證EGR對柴油機瞬態(tài)工況燃燒噪聲控制效果。
在瞬態(tài)工況過程中設(shè)置背壓閥13和EGR閥4開度的初值(EGR閥開度為50％，背壓閥開度為0％)，然后在瞬態(tài)工況過程中，EGR控制器8實時進行調(diào)整EGR閥和背壓閥的開度，通過參數(shù)監(jiān)測保證其對柴油機功率損失在6％以內(nèi)，該方法有別于以往的EGR引入柴油機的方法，此前柴油機在瞬態(tài)工況下都是不引入EGR或者在瞬態(tài)工況的后半段才引入少量的EGR。該方法和試驗系統(tǒng)證明能在保證功率損失不大的條件下(6％)，能夠很好的使柴油機燃燒噪聲降低，從而使柴油機瞬態(tài)工況輻射噪聲降低。
為了驗證本發(fā)明提出的方法的有效性，特選取三種負(fù)荷工況(圖2)，進行瞬態(tài)工況情況下不同EGR率對柴油機燃燒噪聲影響的測試。
給出合適的EGR率初值，分別按照三種負(fù)荷工況進行10s加速的瞬態(tài)工況噪聲測試。三種負(fù)荷工況下不同EGR率的瞬態(tài)工況整機噪聲的結(jié)果如表1所示。從表1中看出負(fù)荷工況1，EGR率在8.1％～13.8％內(nèi)，柴油機瞬態(tài)工況輻射噪聲降低1.7dB；負(fù)荷工況2時，EGR率在9.8％～15.1％內(nèi)，柴油機瞬態(tài)工況輻射噪聲降低0.7dB；負(fù)荷工況3時，EGR率在6.5％～16.1％內(nèi)，柴油機瞬態(tài)工況輻射噪聲降低0.9dB。
為了進一步直接考察EGR對柴油機燃燒噪聲的影響，選取表1中的負(fù)荷工況3所對應(yīng)的2400r/min工況，考察EGR對缸內(nèi)壓力級和壓力升高率的影響，實驗測試結(jié)果如圖3所示。圖3顯示出，EGR試驗IV使得壓力升高率明顯降低，使得缸內(nèi)壓力幅值在這個頻率范圍內(nèi)都降低，尤其是在中高頻效果更加明顯，由此可以看出，合適的EGR量(例如負(fù)荷工況3對應(yīng)的EGR試驗IV)可以使燃燒噪聲有明顯降低。
本發(fā)明的特點在于在瞬態(tài)工況的過程中引入適當(dāng)?shù)腅GR，區(qū)別于傳統(tǒng)的只在瞬態(tài)工況前引入EGR，瞬態(tài)工況過程中不引入EGR的方式。該裝置能根據(jù)不同的工況點調(diào)整EGR率，并保證柴油機功率損失在6％以內(nèi)。通過對三種負(fù)荷工況瞬態(tài)工況內(nèi)燃機燃燒噪聲隨EGR率變化的測試，證明合適的EGR率能使瞬態(tài)工況內(nèi)燃機輻射噪聲降低1dBA以上。
表1瞬態(tài)工況輻射噪聲隨EGR率的變化

權(quán)利要求
1.利用廢氣再循環(huán)控制柴油機瞬態(tài)工況燃燒噪聲的方法與裝置，廢氣再循環(huán)-簡稱EGR，裝置包括柴油機、進排氣管、背壓閥、EGR閥、EGR冷卻器、廢氣通道、EGR控制系統(tǒng)、信號采集卡、計算機，其特征是在柴油機(1)的排氣管(2)開有廢氣通道(3)，廢氣通道(3)與進氣通道(6)間設(shè)有EGR冷卻器(5)，廢氣通道(3)設(shè)有EGR閥(4)，進氣通道(6)與排氣管(2)間裝有CO2氣體分析計(7)，EGR控制器(8)的信號輸入端接入來自柴油機(1)的轉(zhuǎn)速信號(9)、油門位置信號(10)、發(fā)動機水溫信號(11)和來自于CO2氣體分析計(7)的EGR率信號(12)；EGR控制器(8)的輸出信號端接與背壓閥(13)和EGR閥(4)，信號采集卡(14)的輸入端接入柴油機缸內(nèi)的壓力、壁面溫度、油管壓力以及柴油機表面振動采集的參數(shù)(16)；信號采集卡(14)的輸出端與計算機(15)相連，柴油機的輻射噪聲信號(17)獨立接入計算機(15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢氣再循環(huán)控制柴油機瞬態(tài)工況燃燒噪聲的方法與裝置，其特征在于所述EGR控制器(8)通過油門位置信號(10)傳遞瞬態(tài)工況，根據(jù)所述柴油機轉(zhuǎn)速信號(9)、油門位置信號(10)、發(fā)動機水溫信號(11)和EGR率信號(12)，實時調(diào)整所述背壓閥(13)和所述EGR閥(4)的開度，控制柴油機功率損失在6％以內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用廢氣再循環(huán)控制柴油機瞬態(tài)工況燃燒噪聲的方法與裝置，其特征在于所述計算機(15)對傳入的所述柴油機缸內(nèi)壓力、壁面溫度、油管壓力、柴油機表面振動、輻射噪聲的測量信號進行數(shù)據(jù)處理，驗證EGR對柴油機瞬態(tài)工況燃燒噪聲控制效果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用廢氣再循環(huán)(EGR)控制柴油機瞬態(tài)工況燃燒噪聲的技術(shù)方法與裝置。在柴油機進、排氣管路中引入EGR閥和EGR冷卻器，由CO2氣體分析計測量EGR率。EGR控制器通過油門位置信號感受瞬態(tài)工況的發(fā)生，在接收柴油機的轉(zhuǎn)速、油門位置、發(fā)動機水溫和EGR率等信號后，控制排氣壓力和EGR率，提供一種合適的廢氣再循環(huán)工況。由信號采集卡對缸內(nèi)壓力、表面振動、輻射噪聲等參數(shù)進行采集，由計算機對上述信號進行數(shù)據(jù)處理，驗證EGR對柴油機瞬態(tài)工況燃燒噪聲控制效果。本發(fā)明有別于以往只在瞬態(tài)工況前引入EGR的方式，能根據(jù)不同的工況點調(diào)整EGR率，保證柴油機功率損失在6％以內(nèi)，合適的EGR率能使瞬態(tài)工況內(nèi)燃機輻射噪聲降低1dBA以上。
文檔編號F02D43/00GK101608579SQ200910069020
公開日2009年12月23日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者舒歌群, 李兆文, 衛(wèi)海橋, 梁興雨 申請人:天津大學(xué)