Двс в разрезе: Двигатель внутреннего сгорания

Г) превращает электрическую энергию в тепло.

А) 6.

Б) 11.

В) 12.

Г) Нет правильного ответа.

11186 — двигатель ВАЗ 1.6 литра

Этот силовой агрегат ведет свою историю еще от двигателя ВАЗ 21083 разработки конца 80-х, точнее его инжекторной версии. В основе все тот же чугунный блок с рядным расположением четырех цилиндров, восьмиклапанной головкой и одним распредвалом. Привод ГРМ ременной, а так как гидрокомпенсаторов тут нет, периодически требуется регулировка зазоров клапанов.

Есть и существенные отличия. Благодаря более высокому блоку слегка вырос рабочий объем, также здесь применена новая облегченная шатунно-поршневая группа, форсунки охлаждения, антифрикционные вставки на поршнях, современная электронная дроссельная заслонка Е-газ, а также совершенно другие впускной и выпускной коллекторы. Все это позволило существенно поднять мощностные характеристики агрегата и даже вписаться в экологический класс Евро 4.

Однако в результате всех модернизаций появился довольно большой для наших реалий минус. Облегченная шатунно-поршневая группа оказалась без привычных лунок в днищах поршней и теперь при обрыве ремня клапана гнет почти в 100% случаев. Поэтому сюда ставят дорогой ремень Gates с автоматическим натяжителем и внушительным сроком службы в 200 тысяч км. Только в середине 2018 года производитель наконец вернул этому мотору невтыковые поршни.

Макс Акимов проводит эндоскопию как раз такой силовой установки от Лада Гранта

Посмотрите на внутреннее сгорание в действии с этим прозрачным двигателем [видео] — Новости — Автомобиль и водитель

Искаженное восприятие

В большинстве автомобилей сегодня используется четырехтактный поршневой двигатель. Однако объяснить, как они работают, может быть сложно, а поскольку они обычно строятся из металла, трудно увидеть, что происходит. Люди из Warped Perception придумали умное решение этой проблемы, построив головку блока цилиндров из прозрачного пластика.

На видео ниже команда устанавливает нестандартную головку на одноцилиндровый поршневой двигатель Briggs & Stratton и запускает его, снимая при этом в сверхзамедленном движении. В результате вы можете четко видеть каждый этап процесса, когда двигатель проходит свой цикл.

На виде сверху на этот двигатель видны четыре части. Слева находится поршень, большой цилиндр, который движется вверх и вниз. Справа находятся впускной и выпускной клапаны вверху и внизу соответственно.Прямо между ними находится свеча зажигания, которая воспламеняет топливо.

Это четырехтактный двигатель, что означает, что полный цикл состоит из четырех ступеней. Шаг первый — открытие впускного клапана, подача топлива и воздуха в камеру, в то время как поршень движется вниз. На втором этапе поршень движется вверх, сжимая топливно-воздушную смесь. На третьем этапе топливо воспламеняется, и сила сгорания снова толкает поршень вниз. И, наконец, на четвертом шаге поршень движется вверх, вытесняя отработанную смесь через открытый выпускной клапан.

---

Так должен работать простой поршневой двигатель. Конечно, так бывает не всегда. Команда Warped Perception экспериментирует с использованием изопропилового спирта и ацетилена в качестве топлива вместо бензина, и двигатель явно не заботится об этом.

Этот контент импортирован с YouTube. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Версия этой истории впервые появилась на Popular Mechanics.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Argonne проводит крупнейшее в истории моделирование потока внутри двигателя внутреннего сгорания.

Представьте себе более эффективные двигатели внутреннего сгорания с меньшими выбросами, созданными с помощью компьютерного моделирования. Ученые из США.Аргоннская национальная лаборатория Министерства энергетики США (DOE) недавно объединила усилия для проведения крупнейшего в истории моделирования потока внутри двигателя внутреннего сгорания. Новые идеи могут быть использованы автопроизводителями для разработки более экологичных двигателей.

«Это одна из ключевых вех, и в Аргонне будет больше таких вех», — сказал Сибенду Сом, менеджер группы вычислительной мультифизики Аргоннского подразделения энергетических систем (ES) новаторского моделирования.

Около полутора лет назад Сом и Мухсин Амин, научный сотрудник Центра транспортных исследований в ЕС, придумали идею проведения прямого численного моделирования (DNS), предназначенного для точного решения всех проблем. турбулентный поток масштабируется внутри двигателя внутреннего сгорания.Однако, прежде чем это моделирование могло быть выполнено, необходимо было моделирование меньшего размера, чтобы гарантировать, что самый большой из когда-либо пойдет по плану, сказал Амин.

«Это одна из ключевых вех, и из Аргонны таких вех будет еще больше». — Сибенду Сом, менеджер отдела вычислительной мультифизики Аргоннской группы энергетических систем

Поскольку моделирование может предоставить более подробное представление о турбулентном потоке, производители автомобилей полагаются на них при оценке нескольких потенциальных конструкций двигателей и определении лучших из них, но их ресурсы ограничены.

Выполнение моделирования в таком большом масштабе требует больших и лучших ресурсов, таких как суперкомпьютер Theta в Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), пользовательском центре Министерства энергетики США.

Это снимок небольшой подготовительной симуляции. Он показывает распределение значений скорости на двух плоскостях зажима через цилиндр. (Изображение предоставлено Аргоннской национальной лабораторией.)

Амин и Сом сотрудничали с Саумилом Пателем, младшим научным сотрудником отдела вычислительной науки Аргонны, который помогал с предварительной и последующей обработкой, а также в разработке алгоритмов.

Летом 2019 года с помощью Пателя Амин получила вычислительное время на Theta в рамках конкурса Leadership Computing Challenge Министерства энергетики США (Advanced Scientific Computing Research, ASCR).

Расчеты Theta были выполнены с помощью кода моделирования теплового флюида Аргонны Nek5000, который был отмечен премией Гордона Белла за выдающуюся масштабируемость на высокопроизводительных параллельных компьютерах в 1999 году.

Современный Nek5000, масштабируемый до миллионов процессоров, был разработан в основном в Аргонне.Новая версия, NekRS, находится в стадии разработки для компьютеров на базе ускорителей и поддерживается Центром эффективной экзафлопсной дискретизации, который является частью проекта Министерства энергетики США по эксафлопсным вычислениям.

С главным архитектором Nek5000 Полом Фишером консультировались на ранних этапах разработки настоящих расчетов. Фишер — старший научный сотрудник отдела математики и информатики Аргонны и профессор кафедры информатики и механики и инженерии Иллинойского университета в Урбана-Шампейн.

После многих лет работы по адаптации Nek5000 для улучшения моделирования сгорания, этой весной ученые выполнили DNS потока внутри двигателя внутреннего сгорания.

«Текущее моделирование является первым в истории прямым численным моделированием потока и теплопередачи внутри двигателя внутреннего сгорания для реальной геометрии двигателя и условий эксплуатации», — сказал Амин.

Это моделирование потребовало решения 2 миллиардов степеней свободы, которые отслеживают такие параметры, как скорость, давление и температура, на 51 328 ядрах суперкомпьютера Theta.

«Это одно из наиболее подробных имитаций потока в двигателе внутреннего сгорания», — сказал Амин.

Набор данных DNS, созданный в результате текущей работы, будет полезен производителям автомобилей по-разному. Подробная информация о распределении скорости, давления и температуры в двигателе осветит процессы в цилиндре, которые недоступны для экспериментов или моделирования с низкой точностью. Кроме того, набор данных будет служить эталоном моделирования, который разработчики двигателей могут использовать для оценки и повышения точности инженерных подмоделей.

Исследование может также принести пользу компаниям, производящим двигатели большой мощности.

Этот проект финансировался Управлением по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии Министерства энергетики США, Управлением транспортных технологий под эгидой консорциума «Партнерство по усовершенствованным двигателям внутреннего сгорания».

Улучшение двигателя внутреннего сгорания, часть 2

В части 1 книги «Инновационные клапаны приводят к более экологичным и более эффективным двигателям» рассматриваются некоторые проблемы, связанные с современными двигателями внутреннего сгорания. В этой части мы более подробно рассмотрим решение.

Сегодня существует множество экспериментальных лабораторных версий полностью выбираемых клапанных систем, и инженеры уже много лет работают над аналогичными системами для двигателей внутреннего сгорания. Но технология долгое время сдерживалась двумя критическими переменными: сложностью и стоимостью.

Выбираемые системы, подобные той, которую разработал Khajepour, могут стоить более миллиона долларов на стадии прототипа, а соленоидные клапаны, на которых они основаны, могут быть чрезвычайно сложными в эксплуатации.Это проблема надежности на коммерческой стадии, особенно для грузовиков, которые в идеале не нуждаются в значительном обслуживании, пока двигатель не пролетит полмиллиона миль, что ограничивает коммерческую применимость технологии на сегодняшний день.

Команда Ватерлоо устранила эти недостатки и снизила общую стоимость технологии, перейдя с соленоидной конструкции на поворотный клапан, который подсоединен непосредственно к коленчатому валу. В системе этого типа синхронизация регулируется вращением клапана.Таким образом, управление открытием и закрытием клапана осуществляется с помощью фазового сдвига, при котором клапан открывается и закрывается на заданные промежутки времени, когда вращающийся клапан вращается, в зависимости от того, насколько велико или мало открытие клапана. Он предлагает характеристики, которые эффективно сочетаются с электромагнитными клапанами в гораздо более простом и гораздо более дешевом корпусе.

«Что мы сделали, так это заменили соленоидную систему, систему управления и магнитное поле [сегодняшних VVT] на вращающуюся систему, которая приводится в действие коленчатым валом», — говорит Хаджепур.«Даже если он выйдет из строя, потому что в нем используется только электродвигатель, он вернет клапаны обратно в фиксированное положение, а не полностью выйдет из строя весь двигатель и транспортное средство».

Питание большого утюга

Для начала, Khajepour нацеливает эту технологию на большие коммерческие двигатели, такие как тяжелая строительная техника, корабли, грузовики дальнего следования и другие большие двигатели, поскольку они позволяют добиться максимальной экономии за счет повышения эффективности.

В долгосрочной перспективе я не вижу причин, по которым эту систему нельзя использовать ни на одном двигателе внутреннего сгорания. Проф. Амир Хаджепур, Университет Ватерлоо

«В долгосрочной перспективе я не вижу причин, по которым эту систему нельзя использовать ни на одном двигателе внутреннего сгорания», — говорит он. «Однако с практической точки зрения мы начинаем с того, что устанавливаем его на более мощные двигатели, где топливная экономичность и стоимость топлива значительны. Потому что они не только смогут сэкономить больше, но и пространство в двигателе и упаковке для этих приложений не так критично, как в небольших автомобилях ».

Например, в случае больших двигателей, которые используются на кораблях, затраты на топливо могут составлять порядка нескольких сотен тысяч долларов в год.Таким образом, даже небольшая экономия топлива в конце года в результате выбора системы клапанов может в конечном итоге сэкономить оператору десятки тысяч долларов. Такое влияние могло бы способствовать коммерческому внедрению этой технологии и, в конечном итоге, распространить эту технологию на автомобили среднего и широкого потребления.

«Мы всегда работаем над коммерческими решениями», — говорит Хаджепур. «Идея состоит в том, чтобы объединиться с компанией и спроектировать и создать систему специально для их применения. Мы уже контактируем с некоторыми компаниями и надеемся, что в ближайшем будущем мы будем коммерциализировать эту технологию и внедрить ее в реальные приложения.”

Тим Спринкл — независимый писатель.

Подробнее:
НАСА Alien Tire
из суперсплава спасает датчики MEMS
Кольцо вокруг большого пальца для облегчения ввода данных

Этот безумный прозрачный двигатель показывает, как на самом деле выглядит внутреннее сгорание


Из всего, что мы считаем само собой разумеющимся в повседневной жизни, двигатели, поддерживающие работу наших автомобилей, должны быть одними из самых распространенных.

На самом деле мы не виноваты в том, что мы не знаем, насколько хороши эти недооцененные чудеса техники на самом деле — они спрятаны под капотом, и вся происходящая невероятная химия скрыта за этим большим металлическим корпусом. Но что, если бы у вас был поршневой двигатель с чистой головкой блока цилиндров, которая позволяет вам видеть все?

YouTuber Мэтт Микка сделал именно это в своем канале Warped Perception, чтобы показать вам процесс сгорания 3-сильного двигателя внутреннего сгорания Briggs and Stratton с плоской головкой в ​​сверхзамедленной съемке.

Он переводит его из «богатого» состояния (слишком много топлива и недостаточно воздуха) в «обедненное» состояние (слишком много воздуха и недостаточно топлива) и сжигает бензин, медицинский спирт (изопропиловый спирт) и углеводороды. соединение ацетилена для сравнения.

Если вы не знакомы с внутренними частями поршневого двигателя, на видео выше вы увидите, как поршень движется вверх и вниз слева, а впускной и выпускной клапаны — справа.

Над этими двумя клапанами висит свеча зажигания, которая воспламеняет все это, и когда вы видите, что пламя газа замедляется в 150 раз… ну, скажем так, это красота.

Хорошо, бензин красивый, медицинский спирт вызывает стресс из-за всей этой жидкости, хлюпающей вокруг, а затем ацетилена? Это просто страшно.

Причина, по которой эти два последних вида топлива затопляют и приводят к выходу из строя двигателя, заключается в том, что они не обеспечивают такого же баланса топлива и воздуха, как бензин.

Как объясняет Эйвери Томпсон для Popular Mechanics , процесс должен выглядеть следующим образом:

«Это четырехтактный двигатель, то есть полный цикл состоит из четырех ступеней.Шаг первый — открытие впускного клапана и пропускание воздуха и топлива в камеру, пока поршень движется вниз. На втором этапе поршень движется вверх, сжимая топливо.

На третьем этапе топливо воспламеняется, и сила этого воспламенения снова толкает поршень вниз. И, наконец, на четвертом этапе поршень снова движется вверх, выталкивая выхлоп из недавно открытого выпускного клапана ».

Теперь, когда мы увидели это в действии, мы хотим, чтобы каждая машина в нашей жизни была прозрачной.

А теперь, для чего-то совершенно другого, посмотрите это старое видео Warped Perception, где он выскакивает зерна кукурузы со скоростью 30 000 кадров в секунду в сверхзамедленной съемке.

Приветствую хрустящих балерин:

H / T: Digg

49 CFR § 173.220 — Двигатели внутреннего сгорания, транспортные средства, машины, содержащие двигатели внутреннего сгорания, оборудование или механизмы с батарейным питанием, топливо оборудование или механизмы, работающие на элементах питания.| CFR | Закон США

§ 173.220 Двигатели внутреннего сгорания, транспортные средства, машины, содержащие двигатели внутреннего сгорания, оборудование или механизмы с батарейным питанием, оборудование или механизмы, работающие на топливных элементах.

(a) Применимость. Двигатель внутреннего сгорания, самоходное транспортное средство, оборудование, содержащее двигатель внутреннего сгорания, которое не отправляется под записью ООН 3363 «Опасные грузы в машинах или аппаратах», транспортное средство или оборудование с батарейным питанием, или транспортное средство, работающее на топливных элементах, или оборудование или любая их комбинация подпадают под действие требований данного подраздела при транспортировке в качестве груза на транспортном средстве, судне или самолете, если:

(1) Транспортное средство, двигатель или механизмы содержат жидкое или газообразное топливо.Транспортные средства, двигатели или механизмы могут рассматриваться как не содержащие топлива, если компоненты двигателя и любые топливные магистрали полностью опорожнены, в достаточной степени очищены от остатков и очищены от паров, чтобы устранить любую потенциальную опасность, и двигатель, когда его удерживают в любой ориентации, не будет выпустить любое жидкое топливо;

(2) В топливном баке находится жидкое или газообразное топливо. Топливный бак может рассматриваться как не содержащий топлива, когда топливный бак и топливопроводы полностью опорожнены, в достаточной степени очищены от остатков и очищены от паров для устранения любой потенциальной опасности;

(3) Он оборудован влажной батареей (включая непроливающуюся батарею), натриевой батареей или литиевой батареей; или

(4) За исключением случаев, предусмотренных в параграфе (f) (1) данного раздела, он содержит другие опасные материалы, подпадающие под требования этого подраздела.

(б) Требования. Если иное не оговорено в параграфе (b) (4) данного раздела, транспортные средства, двигатели и оборудование подчиняются следующим требованиям:

(1) Воспламеняющееся жидкое топливо и топлива, загрязняющие морскую среду.

(i) Топливный бак, содержащий легковоспламеняющееся жидкое топливо, должен быть слит и надежно закрыт, за исключением того, что до 500 мл (17 унций) остаточного топлива может оставаться в баке, компонентах двигателя или топливопроводах при условии, что они надежно закрыты для предотвратить утечку топлива при транспортировке.Самоходные транспортные средства, содержащие дизельное топливо, освобождаются от требования опорожнять топливные баки при условии, что внутри бака оставлено достаточное незаполненное пространство для расширения топлива без утечки, а крышки баков надежно закрыты.

(ii) Двигатели и оборудование, содержащие жидкое топливо, отвечающие определению загрязнителя морской среды (см. § 171.8 настоящего подраздела) и не отвечающие критериям классификации любого другого класса или подкласса, перевозимые судном, подпадают под действие требований § 176.906 данного подраздела.

(2) Горючее сжиженное или сжатое газовое топливо.

(i) Для перевозки автомобильным, железнодорожным вагоном или судном топливные баки и топливные системы, содержащие легковоспламеняющееся сжиженное или сжатое газовое топливо, должны быть надежно закрыты. При перевозке на судне применяются требования §§ 176.78 (k), 176.905 и 176.906 настоящего подраздела.

(ii) Для перевозки воздушным транспортом:

(A) Транспортные средства, машины, оборудование или баллоны, работающие на легковоспламеняющемся газе, содержащие горючий газ, должны быть полностью освобождены от горючего газа.Линии от сосудов к газовым регуляторам и сами газовые регуляторы также должны быть очищены от всех следов горючего газа. Чтобы обеспечить выполнение этих условий, запорные газовые клапаны должны оставаться открытыми, а соединения трубопроводов к регуляторам газа должны оставаться отключенными при доставке автомобиля оператору. Перед загрузкой транспортного средства на борт воздушного судна необходимо закрыть запорные клапаны и подсоединить трубопроводы к газовым регуляторам; или альтернативно;

(B) Транспортные средства, машины или оборудование, работающие на горючем газе, которые имеют баллоны (топливные баки), оборудованные электрически управляемыми клапанами, могут перевозиться при следующих условиях:

(1) Клапаны должны быть в закрытом положении, а в случае клапанов с электрическим приводом питание этих клапанов должно быть отключено;

(2) После закрытия клапанов транспортное средство, оборудование или механизмы должны работать до остановки из-за нехватки топлива перед загрузкой на борт самолета;

(3) Ни в одной части закрытой системы давление не должно превышать 5% от максимально допустимого рабочего давления системы или 290 фунтов на кв. Дюйм (2000 кПа), в зависимости от того, что меньше; а также

(4) В системе, включая топливный бак, не должно быть остатков сжиженного газа.

(C) Если транспортное средство приводится в движение легковоспламеняющейся жидкостью и двигателем внутреннего сгорания на горючем газе, требования параграфов (b) (1) этого раздела также должны быть выполнены.

(3) Кузова грузовиков или прицепы на платформах — работающие на горючей жидкости или газе. Кузова грузовых автомобилей или прицепы с автоматическим обогревателем или холодильным оборудованием типа горючей жидкости могут транспортироваться с заполненными топливными баками и работающим или неработающим оборудованием, при использовании для перевозки других грузов и загруженных на платформы в рамках совместного железнодорожного и автомобильного движения. при условии, что оборудование и запас топлива соответствуют требованиям статьи 177.834 (l) данного подраздела.

(4) Модальные исключения. Количество легковоспламеняющегося жидкого топлива более 500 мл (17 унций) может оставаться в топливном баке двигателей самоходных транспортных средств и механизмов только при следующих условиях:

(i) Для перевозки автомобильным или железнодорожным транспортом топливные баки должны быть надежно закрыты.

(ii) Для перевозки на судне груз должен соответствовать § 176.905 настоящего подраздела для самоходных транспортных средств и § 176.906 данного подраздела касается двигателей и оборудования.

(iii) Для перевозки на воздушном судне, при перевозке на воздушном судне, спроектированном или модифицированном для перегонки транспортных средств, когда должны быть выполнены все следующие условия:

(A) Разрешение на выполнение полетов этого типа было выдано соответствующим полномочным органом правительства страны, в которой зарегистрировано воздушное судно;

(B) Каждое транспортное средство закреплено в вертикальном положении;

(C) Каждый топливный бак заправлен таким образом и только в той степени, которая исключает проливание топлива во время погрузки, разгрузки и транспортировки; а также

(D) Каждая зона или отсек, в котором перевозится самоходное транспортное средство, имеют соответствующую вентиляцию для предотвращения скопления паров топлива.

(c) Работает от аккумулятора или установлен. Батареи должны быть надежно установлены, а влажные батареи должны быть закреплены в вертикальном положении. Батареи должны быть защищены от опасного выделения тепла, короткого замыкания и повреждения клемм в соответствии с § 173.159 (a) и утечки; или должны быть удалены и упакованы отдельно в соответствии с § 173.159. Транспортные средства, механизмы или оборудование с питанием от аккумуляторных батарей, включая инвалидные коляски с питанием от аккумуляторных батарей и вспомогательные средства передвижения, не подпадают под действие каких-либо других требований этого подраздела, за исключением § 173.21 при транспортировке по железной дороге, шоссе или судну. Если транспортное средство может управляться не в вертикальном положении, оно должно быть закреплено в прочной жесткой внешней упаковке. Транспортное средство должно быть закреплено средствами, способными удерживать транспортное средство во внешней упаковке, чтобы предотвратить любое смещение во время транспортировки, которое могло бы изменить ориентацию или привести к повреждению транспортного средства.

(г) Литиевые батареи. За исключением случаев, предусмотренных в § 172.102, специальное положение A101 этого подраздела, транспортные средства, двигатели и оборудование, работающие на литий-металлических батареях, которые перевозятся с установленными этими батареями, запрещены на борту пассажирских самолетов.Литиевые батареи, содержащиеся в транспортных средствах, двигателях или механическом оборудовании, должны быть надежно закреплены в держателе аккумулятора транспортного средства, двигателя или механического оборудования и должны быть защищены таким образом, чтобы предотвратить повреждение и короткое замыкание (например, путем использования не проводящие колпачки, полностью закрывающие клеммы). За исключением транспортных средств, двигателей или механизмов, перевозимых по шоссе, железной дороге или судну с надежно установленными прототипами или низкосерийными литиевыми батареями, каждая литиевая батарея должна быть такого типа, который успешно прошел все испытания, указанные в Руководстве ООН по испытаниям и критериям (IBR , см. § 171.7 настоящего подраздела), как указано в § 173.185, если не утверждено заместителем администратора. Если транспортное средство может управляться не в вертикальном положении, оно должно быть закреплено в прочной жесткой внешней упаковке. Транспортное средство должно быть закреплено средствами, способными удерживать транспортное средство во внешней упаковке, чтобы предотвратить любое смещение во время транспортировки, которое могло бы изменить ориентацию или привести к повреждению транспортного средства. Если литиевая батарея снимается с транспортного средства и упаковывается отдельно от транспортного средства в той же внешней упаковке, упаковка должна отправляться как «ООН 3481, Литий-ионные батареи, упакованные с оборудованием» или «ООН 3091, Литий-металлические батареи, упакованные с оборудованием. »И подготовлен в соответствии с требованиями, указанными в § 173.185.

е) Топливные элементы. Топливный элемент должен быть закреплен и защищен таким образом, чтобы предотвратить повреждение топливного элемента. Оборудование (кроме транспортных средств, двигателей или механического оборудования), такое как бытовые электронные устройства, содержащие топливные элементы (картриджи топливных элементов), должно быть описано как «Картриджи топливных элементов, содержащиеся в оборудовании» и транспортироваться в соответствии с § 173.230. Если транспортное средство может управляться не в вертикальном положении, оно должно быть закреплено в прочной жесткой внешней упаковке.Транспортное средство должно быть закреплено средствами, способными удерживать транспортное средство во внешней упаковке, чтобы предотвратить любое смещение во время транспортировки, которое могло бы изменить ориентацию или привести к повреждению транспортного средства.

(f) Прочие опасные материалы.

(1) Предметы, содержащие опасные материалы, такие как огнетушители, аккумуляторы сжатого газа, предохранительные устройства и другие опасные материалы, которые являются неотъемлемыми компонентами автомобиля, двигателя или механического оборудования, и которые необходимы для работы транспортного средства. , двигатель или механическое оборудование, либо в целях безопасности оператора или пассажиров, должны быть надежно установлены в автомобиле, двигателе или механическом оборудовании.В остальном такие предметы не подпадают под действие требований этого подраздела. Оборудование (кроме транспортных средств, двигателей или механического оборудования), такое как бытовые электронные устройства, содержащие литиевые батареи, должно быть описано как «Литий-металлические батареи, содержащиеся в оборудовании» или «Литий-ионные батареи, содержащиеся в оборудовании», в зависимости от обстоятельств и перевозимые в в соответствии с § 173.185 и применимыми специальными положениями. Оборудование (кроме транспортных средств, двигателей или механического оборудования), такое как бытовые электронные устройства, содержащие топливные элементы (картриджи топливных элементов), должно быть описано как «Картриджи топливных элементов, содержащиеся в оборудовании» и транспортироваться в соответствии с § 173.230.

(2) Другие опасные материалы должны упаковываться и транспортироваться в соответствии с требованиями этого подраздела.

(g) Дополнительные требования к двигателям внутреннего сгорания и транспортным средствам с определенным электронным оборудованием при транспортировке самолетом или судном. Когда двигатель внутреннего сгорания, который не установлен на транспортном средстве или оборудовании, предлагается для перевозки самолетом или судном, все топливо, охлаждающая жидкость или гидравлические системы, оставшиеся в двигателе, должны быть слиты, насколько это возможно, и все отсоединенные жидкостные трубопроводы, которые ранее содержали жидкость должна быть закрыта герметичными крышками, которые надежно удерживаются.При предложении к перевозке воздушным судном в транспортных средствах, оборудованных устройствами защиты от кражи, установленным оборудованием радиосвязи или навигационными системами, такие устройства, оборудование или системы должны быть отключены.

(h) Исключения. За исключением случаев, предусмотренных в параграфе (f) (2) этого раздела, перевозки, осуществляемые в соответствии с положениями этого раздела —

(1) Не подпадают под действие каких-либо других требований этого подраздела при транспортировке автомобильным или железнодорожным транспортом;

(2) Не подпадают под действие требований подразделов D, E и F (маркировка, маркировка и табло, соответственно) части 172 настоящего подраздела или § 172.604 настоящего подраздела (номер телефона службы экстренной помощи) для перевозки воздушным транспортом. Для перевозки воздушным транспортом применяются положения § 173.159 (b) (2), если применимо, положения § 173.230 (f), если применимо, другие применимые требования этого подраздела, включая товаросопроводительные документы, информацию о действиях в чрезвычайных ситуациях, уведомление пилота. командир, общие требования к упаковке и требования, указанные в § 173.27, должны быть выполнены; а также

(3) Для исключений для перевозки на судне; см. § 176.905 этого подраздела для транспортных средств и § 176.906 этого подраздела для двигателей и оборудования.

Исследование экспериментального метода получения независимого шума сгорания двигателя внутреннего сгорания

Источники шума двигателя внутреннего сгорания сложны и изменчивы. Шум горения обычно заглушается механическим шумом и аэродинамическим шумом. Традиционные методы идентификации источника шума позволяют только качественно определить шум сгорания. Чтобы количественно получить независимый чистый шум сгорания двигателя внутреннего сгорания, необходимо спроектировать и построить отдельный испытательный стенд для моделирования источника шума.В данной статье разработан и реализован стенд для испытаний на разделение шума горения на основе метода передаточной функции. При испытании в камере сгорания устанавливается устройство импульса давления. Когда поршень находится в верхней мертвой точке (ВМТ), создается импульсное давление, которое возбуждает двигатель внутреннего сгорания и излучает шум. Сигнал давления и шумовой сигнал используются для получения передаточной функции давления сгорания и шума. Затем, исходя из давления в цилиндре и передаточной функции, можно непосредственно рассчитать шум сгорания.Испытания проводились на дизельном двигателе 4120СГ. Экспериментальные результаты показывают, что когда двигатель внутреннего сгорания работает ниже 1500 об / мин в режиме холостого хода и 800 об / мин в режиме холостого хода, частотные составляющие независимого чистого шума сгорания в основном сосредоточены на частотах 1100 Гц, 1400 Гц и 3000 Гц. Кроме того, как метод испытания на вибрацию двигателя внутреннего сгорания, так и метод расчета эмпирической формулы шума сгорания выполняются для демонстрации точности и эффективности полученного независимого шума сгорания посредством испытания разделения шума сгорания на основе метода передаточной функции.

1. Введение

Технология разделения и идентификации источников шума является важной областью исследований двигателей внутреннего сгорания. Основными источниками шума двигателей внутреннего сгорания являются шум сгорания, механический шум и аэродинамический шум [1, 2]. Когда двигатель внутреннего сгорания работает, двигатель внутреннего сгорания неизбежно будет издавать очень громкий шум, и громкий шум может причинить вред людям, например, он вызывает у людей раздражительность и беспокойство и даже вызывает у людей болезни [3, 4].В настоящее время люди все больше обращают внимание на влияние шума на окружающую среду. Более того, во многих странах приняты законы и постановления о контроле шума [5, 6]. Поэтому снижение шума двигателя внутреннего сгорания является актуальной проблемой, требующей решения.

Прежде чем сформулировать план снижения шума для двигателя внутреннего сгорания, первым делом необходимо проанализировать информацию об акустических характеристиках независимых источников шума. Метод идентификации источника шума двигателя внутреннего сгорания можно разделить на традиционный метод идентификации источника шума, метод идентификации источника шума, основанный на технологии акустической матрицы, и метод идентификации источника шума, основанный на современной технологии обработки сигналов.Традиционные методы идентификации источника шума включают метод субъективной идентификации, метод покрытия свинца, метод спектрального анализа, метод тестирования ближнего поля и метод частичной работы. Традиционный метод идентификации источника шума прост и удобен в эксплуатации, но точность определения источника шума низкая. Методами идентификации источников шума, основанными на технологии акустических массивов, в основном являются метод интенсивности звука, метод акустической голографии и метод формирования луча [7].Метод идентификации источника шума, основанный на технологии акустической матрицы, в основном используется для определения распределения радиационного шума на поверхности двигателя внутреннего сгорания, и невозможно получить независимые источники шума, такие как шум сгорания и механический шум. Методы идентификации источника шума, основанные на современной технологии обработки сигналов, в основном включают метод многоканального разделения и метод одноканального разделения. Для метода многоканального разделения он в основном включает метод анализа независимых компонентов [8, 9], метод фильтрации [10, 11], метод вейвлет-преобразования и метод частичного анализа когерентности [12], метод множественного регрессионного анализа [13–16], метод когерентности [ 17, 18], метод локализации бинаурального звука [19] и др.Многоканальный метод требует наличия нескольких каналов датчиков. Для метода одноканального разделения он в основном включает метод на основе EMD [20, 21], метод на основе VMD [22] и так далее. Для одноканального метода требуется только один канал датчика. По сравнению с традиционным методом идентификации источника шума и методом идентификации источника шума, основанным на технологии акустической матрицы, метод идентификации источника шума, основанный на современной технологии обработки сигналов, может точно разделить источники шума двигателя внутреннего сгорания.Однако источник шума двигателя внутреннего сгорания сложен, и источники шума серьезно смешаны друг с другом, поэтому невозможно получить полностью чистый независимый сигнал источника шума.

В настоящее время методы разделения источников шума в основном используют метод многоканального разделения и метод одноканального разделения. Многоканальный метод требует разделения сигналов источника шума от сигналов двух или более каналов. Очевидно, в этом случае необходимы два или более датчиков.Однако в инженерных и практических приложениях исследователи часто хотят достичь того же эффекта разделения и идентификации источников шума с наименьшим количеством датчиков. Таким образом, многие исследователи изучали использование одноканального метода разделения источников шума.

Когда источники шума разделяются многоканальным методом или одноканальным методом, полученные источники шума могут содержать другие компоненты помех. Чтобы получить более чистый независимый источник шума, необходимо улучшить характеристики многоканального метода и одноканального метода.Учитывая эту ситуацию, в первую очередь необходимо получить каждый независимый чистый источник шума двигателя внутреннего сгорания. Таким образом, необходимо разработать отдельную экспериментальную платформу для обнаружения источника шума, чтобы получить независимый чистый сигнал источника шума. Среди источников шума двигателя внутреннего сгорания шум сгорания является основным источником шума двигателя внутреннего сгорания, поэтому в данной статье основное внимание уделяется разработке и внедрению независимого испытательного стенда на уровень шума сгорания для двигателя внутреннего сгорания.

Насколько известно авторам, Shu et al. [23] использовали испытательный стенд одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания для разделения шума сгорания в 2005 году. С 2005 года существует очень мало исследований, посвященных независимому испытательному стенду чистого источника шума для двигателя внутреннего сгорания. Это связано с тем, что это обычно ограничивается экспериментальными условиями, и очень трудно получить независимые чисто независимые источники шума. В области исследования шума двигателей внутреннего сгорания важно разработать независимый испытательный стенд для источников шума для двигателя внутреннего сгорания.С одной стороны, получая независимый чистый шум сгорания и анализируя информацию о его акустических характеристиках, он может служить теоретической справкой для диагностики неисправностей двигателя внутреннего сгорания [24–26]. С другой стороны, если независимые источники чистого шума двигателя внутреннего сгорания могут быть получены и объединены в единую базу данных, такую ​​как база данных TIMIT и база данных шума [27], это может обеспечить удобство анализа акустических характеристик источников шума внутреннего сгорания. двигатель внутреннего сгорания.

В данной статье объектом испытаний является многоцилиндровый двигатель внутреннего сгорания. По сравнению с предыдущей исследовательской работой [23], конструкция и реализация тестовой платформы исследуются более подробно. В процессе испытания, учитывая, что двигатель внутреннего сгорания работает в режиме воспламенения от сжатия без устройства зажигания, а устройство зажигания необходимо установить на месте первоначальной топливной форсунки, устройство системы зажигания собственной разработки имеет форму инжектор.Он имеет простые и практичные функции, и он может служить справочным материалом для дальнейших исследований. Перед испытанием двигатель внутреннего сгорания прорабатывается достаточно времени, чтобы убедиться, что состояние параметров двигателя внутреннего сгорания максимально приближено к нормальным условиям работы. Затем в камеру сгорания устанавливают устройство импульса давления. Когда поршень находится в верхней мертвой точке, создается импульсное давление, которое возбуждает двигатель внутреннего сгорания и излучает шум. Сигнал импульсного давления в цилиндре и его излучаемый шумовой сигнал измеряются одновременно, и они используются для расчета передаточной функции шума сгорания.Наконец, когда двигатель внутреннего сгорания работает в нормальных условиях, измеренные сигналы давления в цилиндре и вычисленная функция передачи шума сгорания непосредственно используются для расчета независимого чистого шума сгорания. Кроме того, далее выполняются метод вибрационных испытаний двигателя внутреннего сгорания и метод расчета эмпирической формулы шума сгорания, чтобы показать точность и эффективность полученного независимого чистого шума сгорания.

Работа организована следующим образом.В разделе 2 описан механизм генерации шума горения. В разделе 3 анализируется и знакомится с испытательным стендом двигателя внутреннего сгорания. В разделе 4 объясняются результаты и обсуждение. Наконец, в разделе 5 представлены выводы.

2. Механизм образования шума сгорания

Шум сгорания двигателя внутреннего сгорания вызван резким повышением давления в цилиндре в камере сгорания. Из-за высокой степени сжатия и высокой скорости увеличения давления двигателя внутреннего сгорания шум сгорания, создаваемый двигателем внутреннего сгорания на той же скорости, намного больше, чем у бензинового двигателя.

Механизм генерации шума сгорания можно описать в следующих двух аспектах [28]. С одной стороны, когда горючая смесь сжимается и сжигается в камере сгорания, давление газа будет сильно изменяться и вызовет ударную динамическую нагрузку на все контактирующие компоненты. Эти соприкасающиеся компоненты будут вызывать сложную структурную вибрацию связи при интенсивном переходном возбуждении. Затем вибрация может передаваться на структуру внешней поверхности двигателя внутреннего сгорания через крышку цилиндра, гильзу цилиндра, кривошипно-шатунный механизм и так далее.Наконец, вибрация конструкции внешней поверхности двигателя внутреннего сгорания создает радиационный шум для окружающей среды. С другой стороны, впрыск топлива имеет определенный порядок, а температура стенок цилиндра разная, поэтому камера сгорания обычно зажигается в нескольких местах. Тогда местное давление на нескольких очагах возгорания резко возрастет и распространится на окрестности. Эти генерируемые ударные волны давления будут отражаться от стенки камеры сгорания, и могут возникать колебания газа средней и высокой частоты.Наконец, он будет дополнительно стимулировать вибрацию корпуса двигателя внутреннего сгорания, и можно будет излучать средне-высокочастотный шум. Путь генерации и передачи шума сгорания показан на рисунке 1.




Поскольку затухание средне-высокочастотной вибрации меньше, чем низкочастотная часть, частота шума сгорания в основном сосредоточена в средне-высокочастотном диапазоне. . Процесс сгорания в двигателе внутреннего сгорания можно разделить на четыре этапа: период задержки возгорания, период быстрого горения, период медленного горения и период после горения.Только в период быстрого и медленного горения газодинамическая нагрузка будет иметь достаточно энергии, чтобы заставить корпус двигателя внутреннего сгорания вибрировать и излучать шум сгорания. Газодинамическая нагрузка тесно связана со скоростью роста давления в цилиндре.

3. Платформа для испытаний двигателей внутреннего сгорания

3.1. Принцип расчета шума сгорания на основе метода передаточной функции

Когда горючая смесь горит в цилиндре, давление сгорания действует на внутреннюю поверхность конструкции двигателя внутреннего сгорания и заставляет внешнюю поверхность двигателя внутреннего сгорания вибрировать и излучать шум.Это определяется как шум сгорания. Таким образом, шум сгорания можно рассматривать как функцию отклика, основанную на давлении сгорания в цилиндре и конструкции корпуса двигателя внутреннего сгорания. Шум сгорания можно рассчитать с помощью давления в цилиндре и передаточной функции шума сгорания. Конкретный принцип расчета шума сгорания показан на рисунке 2.




Из рисунка 2 принцип расчета шума сгорания на основе метода передаточной функции можно разделить на два этапа: (1) Первый шаг заключается в следующем.Во-первых, импульсное давление в цилиндре и его импульсное звуковое давление излучения измеряются независимым испытательным стендом для моделирования шума сгорания. Затем можно вычислить передаточную функцию шума сгорания конструкции корпуса двигателя внутреннего сгорания. Он определяется следующим образом:

На первом этапе можно точно получить передаточную функцию шума сгорания. (2) Второй этап заключается в следующем. Когда двигатель внутреннего сгорания работает в нормальных условиях, измеряется давление в цилиндре.Затем измеренное давление в цилиндре и передаточная функция шума сгорания используются для расчета шума сгорания. Формула расчета шума сгорания определяется следующим образом:

На втором этапе можно рассчитать независимый чистый шум сгорания.

3.2. Испытательный стенд

Испытательный стенд в основном включает дизельный двигатель 4120SG, систему зажигания, акселерометр, микрофон, датчик давления в цилиндре, компьютер и т. Д. Основные технические параметры дизельного двигателя 4120SG приведены в таблице 1.

Характеристики Параметры Количество цилиндров 4 Последовательность зажигания Номинальная мощность 48,5 кВт Номинальная частота вращения 1500 об / мин Число ходов 4 Диаметр цилиндра 120 мм 9029 мм Компрессия 9099 передаточное отношение 17: 1 Рабочий объем одного цилиндра 1.58 L Давление разрыва цилиндра 75 бар Минимальное расстояние между верхней частью поршня и днищем головки цилиндра 1,0 ~ 1,3 мм

во время испытания система является ключевой частью. Традиционная аккумуляторная система зажигания содержит источник питания, переключатель зажигания, катушку зажигания, распределитель и свечу зажигания. В этом испытании, поскольку двигатель внутреннего сгорания находится в выключенном состоянии, системе зажигания не требуется обеспечивать автоматическое зажигание и непрерывное зажигание.В основном это требует источника питания, катушки зажигания и свечи зажигания в форме инжектора. Устройство системы зажигания собственной разработки показано на рис. 3.

На рис. 3 аккумулятор на 12 В обеспечивает питание системы зажигания. Когда ручной переключатель замкнут, ток генерируется в первичной обмотке катушки зажигания. По мере увеличения тока катушка зажигания накапливает энергию магнитного поля. Затем, когда ручной переключатель отключен, накопленная энергия магнитного поля в первичной обмотке катушки зажигания может быстро исчезнуть, и вторичная обмотка будет производить высокое индуцированное напряжение.Создаваемое высокое напряжение подается на свечу зажигания. Он может ударить по зазору между электродами свечи зажигания и вызвать искру. Наконец, горючая смесь в цилиндре может воспламениться.

В процессе испытания, учитывая, что двигатель внутреннего сгорания работает в режиме воспламенения от сжатия без устройства зажигания, и устройство зажигания необходимо установить на месте первоначальной топливной форсунки, устройство системы зажигания собственной разработки аналогично устройству системы зажигания. форма инжектора.Свеча зажигания в форме инжектора в основном состоит из центрального электрода, бокового электрода, герметичного изоляционного слоя, металлической оболочки и медной шайбы. Свеча зажигания в форме инжектора может подавать высокое напряжение во вторичной обмотке катушки зажигания в цилиндр. Затем между центральным электродом и боковым электродом может возникнуть искра для воспламенения горючей смеси. Свеча зажигания в форме инжектора показана на рисунке 4.

Испытательное оборудование в основном состоит из пьезоэлектрического датчика давления 7013C / CA, усилителя заряда 5018A1000, емкостного микрофона B&K 4189, шасси PXIE-1078, сверхширокополосной карты сбора данных PXIe-4492, Labview интегрированная система сбора данных и компьютер.Диапазон действия пьезоэлектрического датчика давления 7013C / CA составляет 25 МПа. Из-за высокого сопротивления пьезоэлектрического датчика давления 7013C / CA выходной сигнал очень слабый. Поэтому усилитель заряда 5018A1000 добавлен в конец пьезоэлектрического датчика давления 7013C / CA. Чувствительность усилителя заряда 5018A1000 составляет 50 мВ / бар. Диаметр емкостного микрофона B&K 4189 составляет 1/2 дюйма, диапазон частот 6,3 Гц – 20 кГц, чувствительность 50 мВ / Па. Шасси PXIe-1078 имеет пять гибридных слотов и три слота PXI Express.Ультраширокополосная карта сбора данных PXIe-4492 имеет разрешение аналого-цифрового преобразователя 24 бита, а максимальный диапазон напряжения составляет ± 10 В. В тесте частота дискретизации сигнала составляет 204800 Гц. Шасси PXIe-1078 имеет встроенный вентилятор для усиления эффекта рассеивания тепла. Уровень звукового давления (SPL) вентилятора составляет до 49,96 дБ (A). Чтобы снизить влияние шума вентилятора на результаты испытаний, система сбора данных размещена в диспетчерской ДВС.Комната управления двигателем внутреннего сгорания и лаборатория испытательного стенда двигателей внутреннего сгорания изолированы звуконепроницаемой дверью. Испытательное оборудование показано на рисунке 5.

В соответствии с национальным стандартом GB / T1859-2000 «Поршневой двигатель внутреннего сгорания — Измерение излучаемого воздушного шума — Инженерный метод и метод обследования», три емкостных микрофона B&K 4189 расположены на расстоянии 1 метра. удаленность от двигателя внутреннего сгорания. Находятся они на продольной стороне нет.4 цилиндр. Это можно увидеть на рисунке 6.

От свободного конца до конца маховика двигателя внутреннего сгорания левый микрофон соответствует основной стороне двигателя внутреннего сгорания, называемой основным щелчком микрофона, и измеренному импульсу излучения. шум называется основным звуковым давлением со стороны удара. Верхний микрофон соответствует верхней части головки блока цилиндров и называется верхним микрофоном головки блока цилиндров, а измеренный импульсный шум излучения называется звуковым давлением в верхней части головки блока цилиндров.Правый микрофон соответствует стороне тисков двигателя внутреннего сгорания, называемой микрофоном стороны тисков, а измеренный импульсный шум излучения называется звуковым давлением стороны тисков.

3.3. Горючая смесь

Горючее, окислитель и источник воспламенения — три основных элемента горения. В тесте испарившегося нет. Бензин 97 используется в качестве горючего. Кислород с высокой концентрацией используется в качестве окислителя. Система зажигания используется для воспламенения горючей смеси.

Требуется определить количество кислорода и бензина в горючей смеси. По параметрам дизельного двигателя 4120SG рабочий объем одноцилиндрового двигателя составляет 1,58 л. Таким образом, если принять, что объем кислорода в цилиндре составляет 1,58 л, температура равна 100 ° C, а начальное давление — стандартное атмосферное. Количество кислорода можно рассчитать по уравнению состояния идеального газа. Уравнение состояния идеального газа показано в следующем уравнении: где — давление газа, а единица измерения — Па.- объем газа, а единица — м ³ . — количество вещества идеального газа, единица — моль. — газовая постоянная, и в общем случае R = 8,31441 ± 0,00026 Дж / (моль · К). — температура системы, единица измерения — К.

По расчетам количество кислорода в баллоне составляет 0,052 моль.

Основными компонентами бензина являются C ₄ –C ₁₂ алифатические углеводороды и циклические углеводороды. В этом тесте C ₈ H ₁₈ выбран в качестве молекулярной формулы бензина.В идеальном состоянии испарившийся бензин полностью сгорает, а химическое уравнение выглядит следующим образом:

Расчетное количество бензина составляет.

3.4. Подготовка к испытанию

Во время испытания двигатель внутреннего сгорания находится в статическом состоянии. Чтобы получить точную функцию передачи шума сгорания, параметры системы двигателя внутреннего сгорания в статическом состоянии должны быть максимально приближены к нормальным рабочим условиям. В этом испытании система охлаждающей воды, система смазки смазочным маслом и топливная система должны работать нормально, чтобы уменьшить влияние структурной эластичности и изменений демпфирования на результаты испытания двигателя внутреннего сгорания.Следовательно, перед испытанием двигатель внутреннего сгорания должен проработать достаточно времени, чтобы убедиться, что температура охлаждающей воды, температура масла и температура других частей находятся в равновесии. Затем остановите работающий двигатель внутреннего сгорания.

Кроме того, перед тестом необходимо предварительно нагреть усилитель заряда в течение 2 часов. Измерительное оборудование необходимо откалибровать. После выключения ДВС форсунка не работает. 4 цилиндр нужно снять. На данный момент общего объема нет.4 цилиндр напрямую связан с внешней атмосферой. По состоянию движения коромысла и фазовой диаграмме газораспределения (Рисунок 7) можно судить о положении поршня. Более того, чтобы избежать влияния многократных отражений звуковых волн в крышке ГБЦ, в крышке ГБЦ нет. 4 цилиндр нужно снять.




Во-первых, двигатель внутреннего сгорания необходимо повернуть на цикл, чтобы удалить выхлопные газы из камеры сгорания.Тогда нет. Поршень 4 цилиндра перемещен в положение нижней мертвой точки (ВМТ). Клапанный зазор регулируется таким образом, чтобы впускной и выпускной клапаны были закрыты. В это время общий объем цилиндра составляет 1,58 л.

Через отверстие топливной форсунки в цилиндр можно впрыснуть чистый кислород. На данный момент можно считать, что внутри баллона стандартное атмосферное давление чистого кислорода. Нет. Бензин 97 впрыскивается в камеру сгорания через форсунку с микроинжектором.Затем установите свечу зажигания в форме инжектора. После полного испарения жидкого бензина в герметичном цилиндре система зажигания используется для воспламенения горючей смеси в цилиндре. Система сбора данных позволяет одновременно измерять импульсный сигнал давления в цилиндре и его импульсный звуковой сигнал давления.

При работе ДВС в нормальных рабочих условиях давление в цилиндре отсутствует. 4 цилиндра можно измерить.

4. Результаты и обсуждение

4.1. Функция передачи шума сгорания

В ходе испытания двигателя внутреннего сгорания измеренный сигнал импульсного давления в цилиндре и сигнал звукового давления импульса излучения каждой стороны показаны на рисунках 8 и 9.

Из рисунка 8 (а) в сигнале временной области, скорость нарастания импульсного давления до dp / dt = 5 МПа / с. Это вызвано быстрым сгоранием горючей смеси. На рисунке 8 (b) полоса низких частот (ниже 600 Гц) соответствует высокому уровню звукового давления (SPL), а этот сегмент относительно плоский, что связано с самым высоким импульсным давлением.Уровень звукового давления в диапазоне средних частот (600–2000 Гц) снижается быстрее, чем в диапазоне низких частот. Этот сегмент тесно связан с максимальной скоростью роста пульсового давления. Уровень звукового давления в высокочастотном диапазоне (выше 2000 Гц) быстро снижается. Этот сегмент тесно связан с высокочастотными импульсными колебаниями давления.

Из рисунка 9 (a), спектральная плотность мощности (PSD) звукового давления со стороны основного удара в основном сосредоточена на частотах 3238 Гц, 4513 Гц, 5150 Гц и 6519 Гц.На Рисунке 9 (b) спектральная плотность мощности звукового давления в верхней части головки блока цилиндров в основном сосредоточена на частотах 1538 Гц, 2463 Гц, 3306 Гц, 4144 Гц и 5969 Гц. На Рисунке 9 (c) спектральная плотность мощности звукового давления со стороны тисков в основном сосредоточена на частотах 1519 Гц, 3000 Гц и 4163 Гц. Из рисунка 9 видно, что спектральная плотность мощности звукового давления в верхней части головки блока цилиндров разнообразна и сложна. Это связано с тем, что верхний микрофон головки блока цилиндров не только принимает импульсное давление от верхней части головки блока цилиндров, но также принимает часть импульсного давления излучения со стороны основного удара и стороны тисков.

Чтобы оценить степень достоверности между давлением импульса и звуковым давлением импульса излучения каждой стороны, вычисляется коэффициент корреляции. Чем выше коэффициент корреляции, тем надежнее измеренный сигнал. Более высокий коэффициент корреляции означает, что результат расчета передаточной функции шума сгорания более точен.

Предполагая, что входная функция равна, а функция отклика равна, коэффициент корреляции определяется следующим образом: где и — спектральная плотность собственной мощности входной функции и выходной функции, соответственно, а — поперечная спектральная плотность мощности входной и функции вывода.

Рассчитывается коэффициент корреляции между импульсным давлением и звуковым давлением импульса излучения каждой стороны. Это показано на Рисунке 10.

Из Рисунка 10 ясно видно, что коэффициент корреляции стороны тисков пощечины больше 0,5, и он, очевидно, больше, чем две другие стороны. Что касается основной стороны шлепка, то она близка к стене, и есть определенная степень отражения и реверберации. Таким образом, при использовании основного микрофона на боковой стороне для измерения звукового давления импульса излучения возникает много помех, что приводит к низкому коэффициенту корреляции.Что касается верхней части головки блока цилиндров, поскольку верхний микрофон головки блока цилиндров может воспринимать шум со стороны основного удара и со стороны обратного удара, коэффициент корреляции низкий. Следовательно, звуковое давление со стороны тисков и импульсное давление используются для расчета передаточной функции шума сгорания. Результаты расчета показаны на рисунке 11.




На рисунке 11 вычисленная функция передачи шума сгорания отражает характеристики передачи шума сгорания от сигнала давления в цилиндре к сигналу шума сгорания через конструкцию корпуса двигателя внутреннего сгорания.Величина отклика передаточной функции шума горения относительно высока в частотном диапазоне от 2000 Гц до 5000 Гц и от 7000 Гц до 10000 Гц. Ниже 2000 Гц и 5000–7000 Гц значение отклика передаточной функции шума сгорания относительно низкое.

4.2. 1500 об / мин и состояние холостого хода (нормальный случай)

Когда двигатель внутреннего сгорания работает при 1500 об / мин и в состоянии холостого хода, измеренное давление в цилиндре показано на рисунке 12.

На рисунке 12 показан диапазон низких частот (ниже 600 Гц) соответствует высокому уровню звукового давления (SPL).Уровень звукового давления 600 Гц достигает 186,5 дБ. Изменение диапазона низких частот относительно ровное. Полоса низких частот занимает большую часть всей энергии давления в цилиндре, но затухание низких частот через конструкцию корпуса двигателя внутреннего сгорания велико, поэтому шум излучения невелик. Уровень звукового давления в средней полосе частот (600–2000 Гц) относительно низкий. Полоса высоких частот (выше 2000 Гц) явно колеблется по сравнению с полосой низких и средних частот.

На основе измеренного сигнала давления в цилиндре и рассчитанной передаточной функции шума сгорания вычисляется независимый чистый шум сгорания.Это показано на Рисунке 13.

Из Рисунка 13, частотные составляющие независимого чистого шума горения в основном сосредоточены в районе 1100 Гц и 1400 Гц (средняя полоса частот) и 3000 Гц (полоса высоких частот). Амплитуда 1400 Гц примерно в четыре раза больше амплитуды 1100 Гц и 3000 Гц. Кроме того, независимый чистый шум сгорания почти не имеет других частотных составляющих.

4.3. 800 об / мин и состояние холостого хода

Когда двигатель внутреннего сгорания работает со скоростью 800 об / мин на холостом ходу, можно измерить давление в цилиндре.Комбинируя вычисленную передаточную функцию шума сгорания, вычисляется независимый чистый шум сгорания. Это показано на Рисунке 14.

Из Рисунка 14, частотные составляющие независимого чистого шума сгорания все еще в основном сосредоточены в районе 1100 Гц и 1400 Гц (средняя полоса частот) и 3000 Гц (полоса высоких частот). Амплитуда на 1400 Гц самая большая. По сравнению с рис. 13 в целом амплитуда частоты на рис. 14 меньше, чем на рис. 13.Показано, что независимый чистый шум сгорания двигателя внутреннего сгорания на малых оборотах ниже, чем на высоких.

4.4. Механический шум

Основными источниками шума двигателя внутреннего сгорания являются шум сгорания, механический шум и аэродинамический шум. Шум сгорания и механический шум составляют большую долю от общего шума двигателя внутреннего сгорания. Аэродинамический шум относительно невелик. Когда рассчитывается шум сгорания, механический шум может быть получен путем вычитания шума сгорания из общего шума двигателя внутреннего сгорания.Когда двигатель внутреннего сгорания работает при 1500 об / мин в режиме холостого хода и 800 об / мин в режиме холостого хода, расчетный механический шум показан на рисунке 15.

Из рисунка 15 видно, что механический шум имеет много частотных составляющих. . Когда дизельный двигатель работает при 1500 об / мин и в состоянии холостого хода, частотные компоненты механического шума в основном сосредоточены на 711 Гц, 1244 Гц, 1600 Гц, 2222 Гц и 2933 Гц. Когда дизельный двигатель работает на 800 об / мин и в состоянии холостого хода, частотные компоненты механического шума в основном сосредоточены на 355 Гц, 1156 Гц, 1956 Гц, 3022 Гц и 3644 Гц.К механическому шуму относятся шум от ударов поршня, стук воздушного клапана, шум зацепления шестерен, шум топливного насоса и т. Д. Шум от ударов поршня в основном вызван ударами между поршнем и гильзой цилиндра. Детонационный шум воздушного клапана в основном вызван воздействием открывания и закрывания клапана. Шум зацепления шестерен возникает из-за столкновения и трения между зубьями и зубьями во время процесса зацепления шестерен. Шум топливного насоса высокого давления связан с давлением впрыска масла и временем горения двигателя внутреннего сгорания.Когда дизель находится в разных условиях, частотная составляющая механического шума будет иметь определенную разницу. Это требует дальнейшего изучения.

4.5. Проверочный анализ

Для проверки результатов расчета независимого чистого шума сгорания дополнительно используются метод вибрационных испытаний двигателя внутреннего сгорания и метод расчета эмпирической формулы шума сгорания.

4.5.1. Метод испытания на вибрацию двигателя внутреннего сгорания

В процессе сгорания давление в цилиндре заставляет гильзу цилиндра вибрировать, и эта вибрация передается на сторону тисков корпуса двигателя внутреннего сгорания.Тогда вибрация внешней поверхности со стороны тисков может вызвать шум горения со стороны тисков в окружающую среду. Следовательно, вибрация со стороны тисков связана с шумом сгорания со стороны тисков. Спектральная плотность мощности вибрации стороны тисков может использоваться для оценки точности вычисленного независимого чистого шума сгорания.

Датчик ускорения копья LC0158T используется для измерения сигнала вибрации со стороны тисков. Чувствительность датчика ускорения копья LC0158T составляет 30 мВ / г, максимальный диапазон — 166 г, разрешение — 0.0007 г, а диапазон АЧХ составляет 0–10000 Гц. Точка испытания вибрации со стороны тисков показана на рисунке 16.




В ходе испытания, чтобы сохранить полезные компоненты и исключить высокочастотные компоненты, фильтр нижних частот используется для удаления высокочастотных компонентов выше 10. кГц в вибросигналах.

Сигналы вибрации со стороны тисков измеряются соответственно при 1500 об / мин и без нагрузки и при 800 об / мин и без нагрузки, соответственно.Поскольку единицей измерения вибрационного сигнала является g, а единицей измерения шума сгорания является Па, необходимо провести нормализацию. Спектр измеренного вибрационного сигнала и независимого чистого шума сгорания показан на рисунке 17.

Из рисунка 17, когда двигатель внутреннего сгорания работает, соответственно, при 1500 об / мин в режиме холостого хода и при 800 об / мин и без нагрузки. При условии, что частота независимого чистого шума сгорания в основном соответствует частоте измеренного сигнала вибрации.Особенно заметны частотная амплитуда независимого чистого шума сгорания и измеренный сигнал вибрации, особенно вблизи 1400 Гц и 3000 Гц. Однако на Рисунке 17 (а) сигнал вибрации в районе 2000–2600 Гц, 6000 Гц, 7000 Гц и 9000 Гц имеет частотные составляющие. На рисунке 17 (b) сигнал вибрации в районе 2000–2600 Гц, 4000 Гц и 8500–9500 Гц имеет частотные составляющие. Эти частотные составляющие в основном вызваны механическим возбуждением от других частей.Независимый чистый шум сгорания не имеет этих частотных составляющих. Таким образом, с помощью метода испытания на вибрацию двигателя внутреннего сгорания измеренный сигнал вибрации стороны тисков показал точность и эффективность вычисленного независимого чистого шума сгорания.

4.5.2. Метод расчета эмпирической формулы шума сгорания

Метод расчета эмпирической формулы шума сгорания в основном относится к принципу измерения шума сгорания измерителем шума сгорания.Формула расчета выглядит следующим образом: где представляет собой сигнал шума горения, а единица измерения — дБ. представляет собой среднеквадратичное значение отфильтрованного давления в баллоне, единица измерения — бар. представляет собой эталонное звуковое давление, единица измерения — бар, и. представляет собой параметры частотной характеристики взвешенной сети. представляет собой эмпирические параметры затухания конструкции корпуса двигателя.

Параметры частотных характеристик взвешенной сети приведены в таблице 2.

8 Центральная частота (Гц) взвешенное значение (дБ) Центральная частота (Гц) взвешенное значение (дБ) −19,1 1000 0 125 −16,1 1250 0,6 160 −13,4 1600 1,0 9 2000 1,2 250 −8,6 2500 1,3 315 −6,6 3150 1,2 1,0 500 −3,2 5000 0,5 630 −1,9 6300 −0,1 800 8000 −1,1

Эмпирические параметры затухания конструкции двигателя показаны в таблице 3.

23 ) Значение передаточной функции (дБ) Центральная частота (Гц) Значение передаточной функции (дБ) 100 −143.0 1000 −96,5 125 −137,5 1250 −93,3 160 −132,4 1600 −132,4 1600 ,8 2000 −89,7 250 −122,3 2500 −89,5 315 −117,2 3150 −90,6 4000 −94,2 500 −108,2 5000 −99,2 630 −103,8 6300 −103,8 6300 −103 4 9 4 9 8000 −116,0

Сигнал давления в цилиндре измеряется тестом. Затем метод расчета эмпирической формулы шума сгорания используется для расчета экспериментального значения шума сгорания.Результаты расчетов показаны на рисунке 18.

Из рисунка 18 видно, что результаты расчета шума сгорания с помощью метода расчета эмпирической формулы и метода моделирования на стенде хорошо согласуются на частотах ниже 2000 Гц. В сочетании с рисунками 13 и 14 частота шума сгорания, рассчитанная на испытательном стенде с моделированием, в основном сконцентрирована на 1100 Гц, 1400 Гц и 3000 Гц. 1100 Гц и 1400 Гц ниже 2000 Гц. Таким образом, результаты расчета шума сгорания на частотах 1100 Гц и 1400 Гц очень хороши.Однако из рисунка 18 видно, что есть некоторые различия в результатах расчета шума сгорания выше 2000 Гц. Шум горения на частоте 3000 Гц имеет определенную погрешность. Причина ошибки заключается в том, что параметры затухания конструкции корпуса двигателя в методе расчета по эмпирической формуле имеют определенную степень отличия от параметров затухания конструкции корпуса двигателя дизельного двигателя 4120SG в высокочастотной части (выше 2000 Гц). Параметры затухания конструкции корпуса двигателя в методе расчета по эмпирической формуле являются значениями эмпирических параметров и имеют некоторые отличия от конкретного типа дизельного двигателя 4120SG.Результаты расчета шума сгорания имеют некоторую разницу в частотной составляющей 3000 Гц. Но общая тенденция результатов расчетов не вызывает сомнений. Следовательно, полученный независимый чистый шум сгорания является точным.

5. Выводы

Для воспламенения горючей смеси (чистый кислород и бензин № 97), учитывая, что двигатель внутреннего сгорания работает в режиме воспламенения от сжатия без устройства зажигания, и устройство зажигания необходимо установить в положение оригинальная топливная форсунка, устройство зажигания которой по форме похоже на форсунку, разработано и реализовано в деталях самостоятельно.Он имеет простые и практичные функции, а также очень полезен и надежен в тестировании.

Перед испытанием двигатель внутреннего сгорания должен проработать достаточно времени, чтобы параметры двигателя внутреннего сгорания в статическом состоянии были максимально близки к нормальным рабочим условиям. Затем при испытании одновременно измеряются импульсный сигнал давления в цилиндре и излучаемый им импульсный сигнал звукового давления. Они используются для расчета передаточной функции шума сгорания.Таким образом, можно точно рассчитать передаточную функцию шума сгорания.

Когда двигатель внутреннего сгорания работает при 1500 об / мин в режиме холостого хода и 800 об / мин в режиме холостого хода, независимый чистый шум сгорания рассчитывается на основе измеренного давления в цилиндре и расчетной передаточной функции. Экспериментальные результаты показывают, что частотные компоненты независимого чистого шума сгорания сосредоточены на 1100 Гц, 1400 Гц и 3000 Гц. Кроме того, дополнительно выполняются два метода проверки, чтобы показать точность и эффективность полученного независимого чистого шума сгорания.

Независимая экспериментальная платформа для регистрации чистого шума сгорания может служить справочным материалом для регистрации других независимых источников шума. Кроме того, полученный независимый чистый шум сгорания может служить теоретической справкой для диагностики неисправностей и плана снижения шума двигателей внутреннего сгорания.

Доступность данных

Данные MAT-файла, используемые для подтверждения результатов этого исследования, доступны у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (гранты № 51079118 и 51279148) и Китайским стипендиальным фондом (201806950033).

Детали двигателя внутреннего сгорания

Читать и знать, как работает двигатель внутреннего сгорания — это нормально, но незнание его компонентов делает его бесполезным. Комбинированный компонент двигателя транспортного средства заставляет магию работать под капотом, что ж, некоторым людям это кажется волшебством.

Автомобильный двигатель состоит из различных компонентов разного размера, выполняющих различные функции. Эта статья ориентирована на распространенный тип автомобильного двигателя « двигатель внутреннего сгорания ».

Современная версия двигателя сочетает в себе как механические, так и электрические компоненты. Прочтите важные статьи о двигателях внутреннего сгорания…

Подробнее: Типы автомобильных двигателей

Автомобильные двигатели заключены в герметичный упругий металлический цилиндр.Он содержит до шестнадцати цилиндров, но большинство современных автомобилей имеют от четырех до восьми цилиндров. Читая мои предыдущие статьи, вы поймете, что функция цилиндра — открываться и закрываться в определенное время, позволяя топливу и воздуху попадать в камеру сгорания и выпускать выхлопные газы. ну, это уже объясненное содержание. Проверьте это по ссылке выше!

В этой статье я распространил список основных частей двигателя внутреннего сгорания, их схемы и их функции.

Подробнее: Понимание работы автомобильного мозга

Компоненты двигателя внутреннего сгорания:

Ниже приведены общие детали двигателя внутреннего сгорания:

1. Цилиндр :

Эти детали автомобильного двигателя расположены в блоке двигателя, также известном как блок цилиндров. Он содержит подкладку или рукава вокруг него. Этот лайнер изнашивается во время работы и может быть легко заменен. В цилиндрах есть часть или пространство для поршня, чтобы двигаться вверх и вниз, заставляя происходить сгорание.

Цилиндры

отличаются диаметром и ходом. Отверстие — это внутренний диаметр, а ход — это эффективная длина поршня, совершающего возвратно-поступательное движение, то есть движение поршня от ВМТ к НМТ, они являются самой верхней и самой нижней точками хода.

В блоке цилиндров также есть пустоты вокруг и между отдельными цилиндрами, эти полые части известны как рубашки. Он позволяет охлаждающей жидкости поступать и циркулировать, обеспечивая эффективное рассеивание тепла в двигателях с жидкостным охлаждением.

2. Поршень :

Поршень представляет собой цилиндрическую часть, которая движется вверх и вниз в цилиндре, обеспечивая полный цикл сгорания (впуск, сжатие, сгорание, выпуск). Посмотрите, как этот процесс работает ниже.

Диаметр поршня немного меньше диаметра цилиндра, чтобы избежать быстрого износа поверхности поршня. В круглые выемки на поверхностях поршня вставлены три кольца, известные как поршневые кольца. Эти кольца изготовлены из алюминия и имеют прямой контакт с гильзой цилиндра, что предотвращает износ поршня.

Два первых кольца представляют собой компрессионные кольца, у него скошена внешняя часть, что способствует возникновению эффекта продувки (предотвращение попадания отработанных газов внутри камеры сгорания в картер). Третье кольцо известно как масляное кольцо, оно предотвращает попадание масла в камеру сгорания и обеспечивает правильное распределение масла по стенкам цилиндров.

3. Коленчатый вал :

Эти детали двигателя помогают преобразовывать скользящее движение поршня во вращательное движение через шатун.Он расположен под блоком цилиндров внутри кожуха, называемого картером. Коленчатый вал имеет выступы, загнутые и смещенные относительно оси вала. В многоцилиндровом двигателе каждый цилиндр снабжен собственной шатунной шейкой, предназначенной для крепления поршня с помощью шатуна.

Часть коленчатого вала, называемая опорным подшипником кривошипа, известна как шатун, имеющий подшипник скольжения. Другая его часть называлась противовесами. Он предназначен для противодействия колебаниям растяжения, испытываемым коленчатым валом из-за возвратно-поступательного дисбаланса движущегося поршня во время процесса сгорания.Баланс кривошипа либо прикреплен болтами к корпусу кривошипа, либо является неотъемлемой частью.

Коленчатые валы производятся как по частям, так и в сборе. Цельная конструкция более предпочтительна, поскольку она не оставляет места для вибрации и обеспечивает лучший поток волокна и хорошую способность выдерживать нагрузки.

Наконец, коленчатые валы обычно изготавливают из стали путем ковки вальцом или из пластичной стали путем литья. цельные коленчатые валы изготавливаются из жаропрочных углеродистых сталей.Некоторые другие стали, такие как микролегированные стали с ванадием, также используются из-за более высокой прочности, которую они могут обеспечить без термической обработки.

4. Шатун :

Эти детали двигателя предназначены для соединения поршня с коленчатым валом. Как упоминалось ранее, он преобразует поступательное движение поршня во вращательное движение кривошипа. Одна из его концевых частей прикреплена к поршню через поршневой палец, также известный как поршневой палец и палец для запястья. Другой конец прикреплен к шейке шатунной шейки с помощью болтов для удержания верхней и нижней крышек подшипников, называемых шатуном.

Подшипник выполнен в виде двух полукорпусов, помещенных в шейку кривошипа шатуном шатуна. Оба конца не закреплены жестко, чтобы поворачиваться на угол. Следовательно, оба конца находятся в непрерывном движении и испытывают огромную нагрузку от давления поршня.

Шатун обычно изготавливается из кованой стали, а иногда и из алюминиевого сплава, когда приоритетным является легкий вес и способность поглощать сильные удары. Шатун изготовлен с высокой точностью, так как это чувствительная деталь, склонная к выходу из строя.

5. Головка блока цилиндров :

Эти детали двигателя служат крышкой для блока цилиндров, клапана, коромысел и элемента зажигания. Он прикручен к блоку цилиндров с прокладкой головки блока цилиндров между ними.

Головка блока цилиндров изготовлена ​​из чугуна, а иногда и из алюминиевого сплава, когда требуется легкая деталь и поскольку она проводит тепло быстрее, чем чугун.

В двигателе с верхним распределительным валом распределительный вал размещен в головке при отсутствии толкателя для клапанного механизма.Некоторые другие части, такие как впускные, выпускные отверстия и камера сгорания, также имеют пространство под цилиндром, что делает их одним целым компонентом двигателя.

6. Распределительный вал :

Этот компонент двигателя внутреннего сгорания представляет собой вал, на котором установлен кулачок. его функции — управлять клапанами непосредственно, сидя над ними или через коромысло и толкатель. Время газораспределения определяется размером распредвала. То есть открытие и закрытие клапанов регулируется распределительным валом, который установлен на коленчатом валу либо непосредственно через редуктор, либо косвенно через шкив и ремень привода ГРМ.

Распределительный вал, соединенный с кривошипом шестерней, требовал толкателя и толкателя вместе с коромыслами. Распределительный вал обычно изготавливается из отливок из закаленного чугуна и стальной заготовки, используемой для изготовления высококачественных. Охлажденный чугун обеспечивает большую износостойкость и твердость поверхности.

7. Клапаны :

Клапаны, известные как тарельчатые клапаны в двигателях внутреннего сгорания. Он состоит из длинного тонкого круглого стержня, называемого штоком клапана, и плоского круглого диска, называемого головкой клапана, который сужается вдоль тонкого стержня.Функция клапана состоит в том, чтобы включить клапан для свежего всасывания топлива и воздуха и выпуска отработанных газов (выхлопа). Открытие и закрытие клапана вызывается скользящим движением распределительного вала и связанных с ним рычагов.

Клапаны двигателя изготовлены из стальных сплавов, наполненных натрием для увеличения теплоотдачи. Наконец, клапаны двухсекционные; впускной / впускной клапан, который позволяет свежему заряду поступать в камеру при открытии, а выпускной / выпускной клапан позволяет выходить выхлопным газам.

8. Коромысло :

Эта деталь двигателя внутреннего сгорания играет важную роль, поскольку она передает вращательное движение кулачка или коленчатого вала через толкатель / фиксатор и преобразует его в линейное движение штока клапана, помогая прижать головку клапана

Головка коромысла изготовлена ​​из стальных штамповок для двигателей легкой и средней мощности, тогда как головка коромысла тяжелого дизельного двигателя изготовлена ​​из чугуна и кованой углеродистой стали, так как она обеспечивает большую прочность и жесткость.Коромысла колеблются вокруг неподвижного стержня шарнира в головке блока цилиндров.

9. Картер двигателя :

Эти компоненты двигателя внутреннего сгорания расположены под блоком цилиндров, содержащим подшипники, вращающие кривошип. Этот коренной подшипник представляет собой подшипник скольжения с достаточной подачей масла. Четырехцилиндровые рядные бензиновые двигатели содержат три подшипника в картере, по одному на каждом конце и один посередине, в то время как дизельные двигатели имеют пять основных подшипников, по одному на каждом конце и по одному между каждым цилиндром.

Картер сделан из чугуна и алюминия, из того же материала, что и блок цилиндров. Картер двигателя служит многим целям двигателя, поскольку помогает защитить его внутренний механизм от пыли, грязи и некоторых других материалов. Он также служит корпусом, в котором заключены коленчатый вал и шатун, удерживая масло и воздух.

10. Масляный насос и поддон :

Масляный насос перекачивает масло в различные части двигателя для надлежащей смазки, очистки и охлаждения.