Теоретические предпосылки

Создание бесшумного двигателя невозможно, так же как невозможно построение вечного двигателя. Однако вполне законна постановка задачи о конструировании ДВС, обладающих минимально возможным акустическим излучением.

Для практической реализации заданной задачи следует рассмотреть прежде всего использования для этих целей виброизоляции и вибропоглощения, звукоизоляции и звукопоглощения. Совокупность этих методов и средств при разумном их использовании приводит к снижению шума двигателя. При конструировании ДВС с целью снижения шума возможно и необходимо использовать также такую организацию конструкции и рабочих процессов ДВС, которые обеспечивали бы минимальное акустическое излучение.

Виброизоляция (ВИ) и вибропоглощение (ВП). Передача звуковой энергии от источника ее возникновения до элементов, которые се излучают, происходит всегда через детали двигателя.

Средства, применяемые в ДВС для снижения уровня звуковой вибрации, могут воздействовать на количество излучаемой энергии двумя путями: во-первых, препятствуя распространению энергии колебательного движения по конструкции (виброизоляция), во-вторых, поглощая энергию колебательного движения на пути ее распространения (вибропоглощение). Колебательная энергия в звуковом диапазоне частот передается по элементам конструкции в виде упругих продольных, изгибных и сдвиговых волн. В диапазоне рабочих нагрузок, характерных для элементов ДВС, деформация пропорциональна действующим напряжениям (линейность процесса деформации).

Звукоизоляция (ЗИ) и звукопоглощение (ЗП)

Под звукоизоляцией понимается снижение уровня звука (шума), поступающего к приемнику, вследствие отражения звуковых волн от препятствий на пути передачи. Звукоизолирующий эффект возникает всегда при прохождении звуковой волны через границу раздела двух разных сред. Чем больше энергия отражения волн, тем меньше энергия прошедших и, следовательно, тем больше звукоизолирующая спо­собность границы раздела сред. Чем больше часть звуковой энергии поглощается преградой, тем больше ее звукопоглощающая способность.

Максимального снижения шума ДВС можно добиться лишь в том случае, если в процессе разработки двигателя (его конструкции и рабочего процесса) будут приняты соответствующие этому решения.

Применение различных экранов, капотов и капсул связано со значительными дополнительными затратами как в производстве, так и в эксплуатации, а в ряде случаев и с ухудшением топливной экономичности. Поэтому они, безусловно, более целесообразны в том случае, если конструкция двигателя соответствует оптималь­ным акустическим показателям и обеспечивает минимальное акустическое излучение.

При разработке ДВС очень часто возникает необходимость расчетных оценок спектров индикаторной диаграммы, передаточной функции и на этой основе акустической мощности, излучаемой двигателем. Такие оценки называют акустическим расчетом двигателя. Расчетным путем можно получить все основные составляющие акустического баланса двигателя. Естественно, при этом используются некие идеализированные представления о механизме возникновения акустического излучения. Например, шум при процессе сгорания является следствием воздействия импульсов давления в цилиндре на механическую колебательную систему, которой является конструкция его корпусных элементом.

Акустический расчет ДВС включает в общем виде:

• расчет уровней и спектров индикаторных диаграмм на основе моделирования рабочих процессов или возмущающего фактора;

• определение обобщенной акустической частной характеристики двигателя или звукопроводящей структуры;

• расчет уровней и спектров звуковой мощности по составляющим акустического баланса двигателя.

Моделирование рабочего цикла может быть реализовано пошаговым определением его параметров по углу поворота коленчатого вала или с использованием аналитических функций, описывающих различные участки индикаторной диаграммы (сжатие, сгорание, расширение).

Применение природного сжатого газа в качестве топлива в дизеле КамАЗ (рис. 47) позволило получить рабочий процесс с индикаторной диаграммой, спектр которой на три октавы уже, чем аналогичный спектр при традиционном рабочем процессе. Общий шум двигателя при этом снизился на 6... 10 дБ-А практически на всех скоростных и нагрузочных режимах (рис. 59, 60). Это показывает, что методы организации рабочего процесса с использованием традици­онных способов смесеобразования в сочетании с рабочими процессами на газовом топливе предоставляют широкие возможности для обеспече­ния норм по шуму в перспективных ДВС при высокой топливной эконо­мичности и выполнении требований по токсическим характеристикам.