外文翻譯--內(nèi)燃機主動衰減排氣閥門設計 中文版.doc

徐州工程學院畢業(yè)設計(外文翻譯)內(nèi)燃機主動衰減排氣閥門設計R.Boonen,P.Sas摘要能有效衰減內(nèi)燃機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控制閥所組成。發(fā)動機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入空氣。這種氣流沒有波動，因此幾乎不會產(chǎn)生噪聲。這種主動消聲器是由模擬電路實現(xiàn)的。首先，我們將通過對包括內(nèi)燃機和線性主動消聲器的模擬電路的研究來獲得消聲器與發(fā)動機之間的相互關聯(lián)。然后，在單獨的電子模擬電路的基礎上建立詳細的閥門模型。它包括電氣，機械和執(zhí)行器閥門的氣流動態(tài)特性。然后模擬閥門執(zhí)行器來建立原型。主動消聲器已經(jīng)在低溫發(fā)動機模型下測試過了。其使用的壓縮氣體會使該裝置因氣流產(chǎn)生現(xiàn)實排氣噪聲。它不需要發(fā)動機和主動消聲器跟被動元件的預先連接，在非常低的轉(zhuǎn)速下減輕脈沖。這是使用基于揚聲器作為主消聲器所不可能達到的效果。1簡介內(nèi)燃機在很多場合都有廣泛的應用，其中在交通運輸方面所占份額最大。但與此同時，內(nèi)燃機在應用過程中也造成了以一些問題，比如空氣污染和環(huán)境噪音。在過去的幾十年，針對減少空氣污染，溫室效應，噪聲污染已經(jīng)有了嚴格的立法。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），并且這個數(shù)據(jù)會在2003年減少到170克/公里（歐IV），到2008年將會減小到140克/公里（歐盟五）.雖然這些數(shù)據(jù)乍一看沒有什么相關性，但他們確實對排氣系統(tǒng)的發(fā)展起著一定的影響指導作用。這個系統(tǒng)的發(fā)展方向是最小化被壓發(fā)動機，最大化發(fā)動機效率，而且要保證無噪音衰減性能損失。當下解決這個問題的最好辦法是發(fā)展主動排氣系統(tǒng)。在近幾年工程師，科學家針對管道中的主動噪音消除進行了很多研究，也產(chǎn)生了很多專利。揚聲器系統(tǒng)被成功地應用在通風通道的商業(yè)領域。另外揚聲器系統(tǒng)還應用到了固定的柴油發(fā)動機上。比如底特律柴油機公司和KEBA公司的AISM系統(tǒng)。在汽車上，有源音箱被開發(fā)應用到六個或更多的氣缸發(fā)動機上。對于四缸發(fā)動機，揚聲系統(tǒng)的發(fā)動機在很極端的條件下排氣，這給系統(tǒng)帶來了很多問題，比如說低噪音，效率和可靠性的問題。從概念上講，將可控閥應用到排氣管上更加穩(wěn)健?？刂崎y門的元件可以比較小，而且控制嚴格精準。它可以直接排放廢氣。閥門通過使用一個外部信號來實現(xiàn)阻力的無級變速。理論上講，閥門是純阻性的，它不可能從氣流中存儲能量。通過天然氣的流動，閥門產(chǎn)生的壓力下降。當閥門的音速保持不變的時候，從而實現(xiàn)了主動消除噪音的效果。在圖一中，第一個圖形通過閥門的阻力特性反映了聲壓是如何影響流體流動的。第二個圖演徐州工程學院畢業(yè)設計(外文翻譯)示了如何通過改變閥門的阻力使之下降從而產(chǎn)生相反方向的波動流。第三幅圖是將兩者的效果疊加在恒定流量上的結(jié)果?；谶@一理念，普瓦捷大學（一個執(zhí)法機關）正在研究開發(fā)噪聲衰減器。這項研究采用的是蝶閥在內(nèi)燃機試驗臺上的測試的方法。測試鉆機是配備了液壓制動裝置的一個一百三十五立方厘米的四缸發(fā)動機從汽車。在排氣處兩個被動式消聲器被預連接閥門的執(zhí)行機構。作為控制策略，一家X-LMS公司對前饋反饋控制系統(tǒng)進行了測試。在前饋的情況下，三個第一諧波被減小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，它無需安裝消聲器和有源器件就可以用來處理發(fā)動機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消聲器來衰減高頻噪聲。2有源消聲器的發(fā)展2.1原理理論上來講，如果在源和閥門間沒有電容器元件而在速度源氣流中插入主動閥門，像內(nèi)燃機是沒有效果的。容器速度源強制將規(guī)定的氣流通過排氣系統(tǒng)，無論里面是否產(chǎn)生壓力。電容元件可以使用管道或容器引入。當閥門置入沒有適當電容元件的引擎排氣管道時，會產(chǎn)生一個高背壓或僅低的衰減噪聲。下圖2是使用控制閥門來控制容器速度源的最簡單系統(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。從源來的氣流在電容C和依時電阻R(t)上發(fā)生分解?，F(xiàn)在，控制器必須使閥門阻力隨時間而變化，這樣使得通過阻力的波動氣流變?yōu)?。圖2最簡單的在內(nèi)燃機，類似容器速度源上的主動控制閥方案徐州工程學院畢業(yè)設計(外文翻譯)由電氣等效電路得到閥門電阻變化：整理式(1)得：通過閥門口得恒流為：控制器按時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)果可以通過在閥門后控制器最大限度減少壓力UZ實現(xiàn)。這種簡單的考慮有兩個重要的后果。首先，通過平衡容器閥門組合，可以控制從任意容器速度源來的氣流。其次，只要電阻R(t)總是保持主動，R0可以任意選擇電阻R0可以得到優(yōu)化獲得最低的發(fā)動機回壓，來獲得高的發(fā)動機效率。2.2發(fā)動機和消聲器的電氣等效模型圖2中的簡單模型，看上去不是很現(xiàn)實的發(fā)動機排氣系統(tǒng)，因此該模型將擴大。容器速度源將由發(fā)動機模型代替，在發(fā)動機和主動消音器間連接風管，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)動機模型。四個可變電容代替四個發(fā)動機氣瓶，其容積在最大和死體積間按正弦變化。開關電阻上部設置代替進氣門，下部設置代替排氣閥門。開關隨著凸輪軸起動發(fā)動機閥門相同的順序驅(qū)動，排氣閥電阻后的四個短傳輸線代替汽缸導管與排氣直觀交界間的排氣導管。進氣端連接到電壓源代表大氣壓力相當于100Kv。燃燒由脈沖電流源并聯(lián)電容的圓柱電容器充電來模擬。徐州工程學院畢業(yè)設計(外文翻譯)充電時間點對應點火時間點。右邊部分代表主動排氣系統(tǒng)。傳輸線T代表消聲器通過管子連接發(fā)動機。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對應球形散熱阻抗。在模擬中，同位反饋控制器主導控制閥門阻力。這種控制器只需設置主動消聲器屬性。實際上，必須運