第五章 柴油机混合气的形成与燃烧

1、第五章第五章 柴油机混合气柴油机混合气 的形成与燃烧的形成与燃烧一、燃烧过程一、燃烧过程1)1)燃烧过程概述燃烧过程概述着火延迟期速燃期缓燃期补燃期燃烧过程燃烧过程人为划分四个阶段：人为划分四个阶段：a-ba-b段为滞燃期段为滞燃期b-cb-c段为速燃期段为速燃期c-dc-d段为缓燃期段为缓燃期d-ed-e段为补燃期段为补燃期1 1、燃烧过程概述、燃烧过程概述 着火延迟期着火延迟期 从燃油开始喷入燃烧室内从燃油开始喷入燃烧室内(a(a点点) )至由于开始燃烧而至由于开始燃烧而引起压力升高使压力脱离压缩线开始急剧上升引起压力升高使压力脱离压缩线开始急剧上升(b(b点点) )。 特点特点：温度越高

2、、压力越高、柴油十六烷值越高：温度越高、压力越高、柴油十六烷值越高着火延迟期越短。时间一般为：着火延迟期越短。时间一般为：0.00030.00030.00070.0007秒。秒。 燃烧过程燃烧过程柴油机低温多级自燃柴油机低温多级自燃 t1 t1 阶段混合阶段阶段混合阶段 在压缩过程终了时，燃料喷入汽缸内形成可燃混合在压缩过程终了时，燃料喷入汽缸内形成可燃混合气。燃料遇到温度较高的空气，开始氧化，但速度缓慢，气。燃料遇到温度较高的空气，开始氧化，但速度缓慢，示功图上的压缩线没有明显的变化。混合阶段，为着火示功图上的压缩线没有明显的变化。混合阶段，为着火做准备。做准备。 t2 t2 阶段第一级反应

3、阶段第一级反应 燃烧的实质是燃料的氧化反应，当反应速度很快时，燃烧的实质是燃料的氧化反应，当反应速度很快时，火焰就会出现。经过火焰就会出现。经过t1t1时间后，反应加剧，出现冷火焰，时间后，反应加剧，出现冷火焰，缸内压力超过压缩压力。在这一阶段，反应生成醛类、缸内压力超过压缩压力。在这一阶段，反应生成醛类、过氧化物和一氧化碳等中间产物。要求混合气较浓，过氧化物和一氧化碳等中间产物。要求混合气较浓， = 0.4= 0.40.50.5。 t3t3阶段第二级反应阶段第二级反应 温度、压力升高较大，产生许多化学反应的活性中温度、压力升高较大，产生许多化学反应的活性中心，出现蓝火焰。混合气稀得多，心，出

4、现蓝火焰。混合气稀得多， 略小于略小于1 1。柴油机低温多级自燃柴油机低温多级自燃t1+t2+t3 t1+t2+t3 时间后第三级反应时间后第三级反应 活性中心剧增，化学反应加速，热积累剧烈，发活性中心剧增，化学反应加速，热积累剧烈，发生爆炸，出现热火焰。混合气更稀，生爆炸，出现热火焰。混合气更稀， 1 1。t1+t2+t3 t1+t2+t3 着火延迟期着火延迟期速燃速燃:从压力脱离压缩线开始急剧上升从压力脱离压缩线开始急剧上升(b点点)至达到最大压力至达到最大压力(c点点)。 特点特点：速燃期内，在着火延迟期内准备好的混合气几乎速燃期内，在着火延迟期内准备好的混合气几乎同时开始燃烧，使燃烧室

5、内的压力、温度急剧上升。燃浇室同时开始燃烧，使燃烧室内的压力、温度急剧上升。燃浇室内的最大压力内的最大压力(又称为最大爆发压力又称为最大爆发压力)有可能达到有可能达到13mpa以上。以上。 汽油机的爆燃现象就是终端混合气的自燃现象汽油机的爆燃现象就是终端混合气的自燃现象, 它与柴油它与柴油机的工作粗暴性机的工作粗暴性, 在燃烧本质上是一致的在燃烧本质上是一致的, 均是可燃混合气均是可燃混合气自燃的结果。但两者发生的部位不一致。自燃的结果。但两者发生的部位不一致。 柴油机工作粗暴发生在速燃期的始点柴油机工作粗暴发生在速燃期的始点.1 1、燃烧过程概述、燃烧过程概述1 1、燃烧过程概述、燃烧过程概

6、述 缓燃期缓燃期: :从最大压力点（从最大压力点（c c点）到最高温度点点）到最高温度点d d点）。点）。 特点特点：一般喷射过程在缓燃期都已结束、随着燃烧：一般喷射过程在缓燃期都已结束、随着燃烧过程的进行。空气逐渐减少而燃烧产物不断增多，燃过程的进行。空气逐渐减少而燃烧产物不断增多，燃烧的进行也渐趋缓慢。柴油机燃烧室内的最高温度可烧的进行也渐趋缓慢。柴油机燃烧室内的最高温度可达达2000k2000k左右，一般在上止点后左右，一般在上止点后20203535曲轴转角曲轴转角处出现。处出现。 由于不可能形成完全均匀的混合气，所以使柴油机由于不可能形成完全均匀的混合气，所以使柴油机必须在过量空气系数

7、次必须在过量空气系数次11的条件下工作，保证基本的条件下工作，保证基本完全燃烧的最小空气过量系数的大小随燃烧室的不同完全燃烧的最小空气过量系数的大小随燃烧室的不同而异，在分隔室燃烧室中最小可达而异，在分隔室燃烧室中最小可达1.21.2左右。与汽油左右。与汽油机相比，柴油机的空气利用率较低，这也是其升功率机相比，柴油机的空气利用率较低，这也是其升功率和比重量的指标比汽油机差的主要原因。和比重量的指标比汽油机差的主要原因。燃烧过程燃烧过程1 1、燃烧过程概述、燃烧过程概述 补燃补燃: :从最高温度点从最高温度点(d(d点点) )至燃油基本燃烧完至燃油基本燃烧完(e(e点点) )。补燃期内燃油的燃烧

8、可称为后燃，由于燃烧时间短促，补燃期内燃油的燃烧可称为后燃，由于燃烧时间短促，混合气又不太均匀，总有少量燃油拖延到膨胀过程中混合气又不太均匀，总有少量燃油拖延到膨胀过程中继续燃烧。特别在高速、高负荷工况下，因过量空气继续燃烧。特别在高速、高负荷工况下，因过量空气系数小，混合气形成和燃烧的时间更短这种后燃现系数小，混合气形成和燃烧的时间更短这种后燃现象就更为严重。象就更为严重。2)2)燃烧放热规律燃烧放热规律 瞬时放热速率瞬时放热速率：是指在燃烧过程中的某一时刻，单：是指在燃烧过程中的某一时刻，单位时间内位时间内( (或或1 1曲轴转角内曲轴转角内) )燃烧的燃油所放出的热量燃烧的燃油所放出的热

9、量。 累积放热百分比累积放热百分比：是指从燃烧过程开始至某一时刻：是指从燃烧过程开始至某一时刻为止已经燃烧的燃油与循环供油量的比值。为止已经燃烧的燃油与循环供油量的比值。 瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角的变化瞬时放热速率和累积放热百分比随曲轴转角的变化关系，称为关系，称为燃烧放热规律燃烧放热规律燃烧过程燃烧过程、燃烧放热规律、燃烧放热规律燃烧过程燃烧过程燃燃 烧烧 起起 点点燃烧放热规律曲线形状燃烧放热规律曲线形状燃燃 烧烧 持持 续续 时时 间间燃烧放热规律三要素燃烧放热规律三要素、燃烧放热规律、燃烧放热规律一般来说，较理想的燃烧放热规律要求有一合适的一般来说，较理想的燃烧放热规律要

10、求有一合适的燃烧起点，同时燃烧应该是先缓后急。在开始放热阶段，燃烧起点，同时燃烧应该是先缓后急。在开始放热阶段，不希望燃烧放热速率上升得过快，以降低压力升高率，不希望燃烧放热速率上升得过快，以降低压力升高率，使柴油机的工作粗暴得到控制；然后燃烧应加速进行，使柴油机的工作粗暴得到控制；然后燃烧应加速进行，使绝大部分燃油在尽可能靠近上止点处完成燃烧，以提使绝大部分燃油在尽可能靠近上止点处完成燃烧，以提高经济性。燃烧持续时间不宜过长。高经济性。燃烧持续时间不宜过长。3)3)柴油机的有害排放物和噪声振动柴油机的有害排放物和噪声振动(1)(1)有害排放有害排放 柴油机的主要排放物包括：微粒（柴油机的主要

11、排放物包括：微粒（pmpm）、氮氧化合）、氮氧化合物物(no(nox x) )、一氧化碳、一氧化碳(co)(co)、碳氢化合物、碳氢化合物(hc)(hc)。其中主要的。其中主要的是氮氧化合物和微粒。是氮氧化合物和微粒。 柴油机排气的黑烟、白烟与蓝烟。柴油机排气的黑烟、白烟与蓝烟。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动柴油机的有害排放物和噪声振动黑烟：黑烟：主要在柴油机大负荷和加速时产生，主要因为主要在柴油机大负荷和加速时产生，主要因为燃烧室内缺氧，燃烧不充分而产生的。燃烧室内缺氧，燃烧不充分而产生的。白烟与蓝烟白烟与蓝烟是柴油机冷起动后怠速或低负荷下暖机过是柴油机冷起动后怠速或低负荷下

12、暖机过程中产生，由于燃烧室内工质温度低，燃油不能完全蒸程中产生，由于燃烧室内工质温度低，燃油不能完全蒸发燃烧，未燃烧或部分氧化的燃油以液态微粒的形式随发燃烧，未燃烧或部分氧化的燃油以液态微粒的形式随废气排出，冷凝形成白烟与蓝烟，白烟与蓝烟主要区别废气排出，冷凝形成白烟与蓝烟，白烟与蓝烟主要区别是白烟的微粒直径较大。是白烟的微粒直径较大。(2)(2)柴油机的噪声与振动柴油机的噪声与振动 人可听频率范围为人可听频率范围为20hz20hz20000hz20000hz，噪声的频率就在，噪声的频率就在这一范围中。现代城市中的交通噪声是环境噪声的主要这一范围中。现代城市中的交通噪声是环境噪声的主要部分，可

13、高达城市噪声的部分，可高达城市噪声的7575左右，这里又以汽车为主，左右，这里又以汽车为主，汽车的主要噪声源是汽车的主要噪声源是发动机和轮胎发动机和轮胎（尤其在高速行驶（尤其在高速行驶时）。时）。燃烧过程燃烧过程动力噪声动力噪声机械噪声机械噪声燃烧噪声燃烧噪声柴油机噪声柴油机噪声、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动燃烧过程燃烧过程a a、柴油机噪声分类、柴油机噪声分类柴油机振动的危害柴油机振动的危害 发动机的振动会危害到发动机的使用寿命，造成缸套发动机的振动会危害到发动机的使用寿命，造成缸套和活塞受到冲击，曲轴、凸轮轴断裂，传动齿轮磨损等。和活塞受到冲击，曲轴、凸轮轴断

14、裂，传动齿轮磨损等。、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动当声波在弹性介质中运动时，使介质中的压力在稳定压力当声波在弹性介质中运动时，使介质中的压力在稳定压力p p附近增加或减小，这个压力的变化量，成为声压，它表示某一声附近增加或减小，这个压力的变化量，成为声压，它表示某一声波作用在单位面积上的压力大小。单位时（波作用在单位面积上的压力大小。单位时（papa）。）。 声功率声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声压大小，即：是指声源在单位时间内向外辐射的声压大小，即：()pwwt燃烧过程燃烧过程声强声强是单位时间内通过垂直于声波传播方向的单位面积上的能是单位时间内通过垂直于

15、声波传播方向的单位面积上的能量，通常用量，通常用i i表示，其单位是瓦表示，其单位是瓦/ /米米2 2（w/m2w/m2），即：），即：2(/)wiw ms、噪声的度量与分析、噪声的度量与分析（一）声压、声功率和声强（一）声压、声功率和声强、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动式中式中s s声波的作用面积（声波的作用面积（m m2 2）。）。基准声压所对应的声强为基准声压所对应的声强为10101212w/mw/m2 2，称为，称为听阀声强听阀声强；痛阀声强声压所对应的声强为痛阀声强声压所对应的声强为1w/m1w/m2 2，称为，称为痛阀声强痛阀声强。（二）声压级、声功率级

16、和声强级（二）声压级、声功率级和声强级声学中普遍使用对数标度来度量声压、声强、和声学中普遍使用对数标度来度量声压、声强、和声功率等噪声的客观量度，称为声压级、声强级和声声功率等噪声的客观量度，称为声压级、声强级和声功率级，单位表示为分贝（功率级，单位表示为分贝（dbdb）。）。声压级定义为：声压级定义为：燃烧过程燃烧过程020lg()ppldbp、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动式中式中p p为待测声压；为待测声压；p p0 0=2=21010-5-5papa，即基准声压（听，即基准声压（听阀声压）。听阀声压级为阀声压）。听阀声压级为0db,0db,而痛阀的声压级为而

17、痛阀的声压级为120db.120db.声强级定义为：声强级定义为：010lg()iildbi燃烧过程燃烧过程式中，式中，i i为待测声强为待测声强;i0=10-12w/m2,;i0=10-12w/m2,即听阀强。听阀的即听阀强。听阀的声级为声级为0 db0 db，而痛阀的声强级为，而痛阀的声强级为120db120db。声功率级定义为声功率级定义为: :010lg()wwldbw、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动式中，式中，w w为待测声功率为待测声功率;w;w0 0=10=10-12-12w w，是基准值。，是基准值。 在大多数噪声测量现场，噪声源往往不止一个，噪声的

18、声级的在大多数噪声测量现场，噪声源往往不止一个，噪声的声级的合成与分解是经常遇到的问题。应注意的是，声级的单位分贝合成与分解是经常遇到的问题。应注意的是，声级的单位分贝(db)(db)是对数单位，因此声级的求和求差不能按一般的自然数直接进行是对数单位，因此声级的求和求差不能按一般的自然数直接进行运算，而应按照叠加的关系进行运算。计算方法在此不加讨论。运算，而应按照叠加的关系进行运算。计算方法在此不加讨论。（三）响度和响度级（三）响度和响度级实践证明，人耳对声音的感觉不仅与声压级有关，而且还与频实践证明，人耳对声音的感觉不仅与声压级有关，而且还与频率有关。两个声压相等的声音给人耳的感觉有可能不一

19、样。例如率有关。两个声压相等的声音给人耳的感觉有可能不一样。例如空气压缩机和小轿车的噪声声级都空气压缩机和小轿车的噪声声级都90db90db，但就人耳的感觉而言，但就人耳的感觉而言，前者的高频噪声要比后者的低频率噪声响的多。这就说明声音的前者的高频噪声要比后者的低频率噪声响的多。这就说明声音的响亮程度是由声压级和频率两个因素决定的。响度级就是一个能响亮程度是由声压级和频率两个因素决定的。响度级就是一个能把声压级和频率用一个概念统一起来的量，单位是方把声压级和频率用一个概念统一起来的量，单位是方(phon)(phon)。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动

20、用响度级表示声音的大小，可以直接推算出声响增用响度级表示声音的大小，可以直接推算出声响增加或降低的百分数，如某声源经声学处理后，响度级降加或降低的百分数，如某声源经声学处理后，响度级降低低1010方，则相当与响度降低方，则相当与响度降低50%;50%;响度级降低响度级降低2020方，相当方，相当于响度降低于响度降低75%;75%;响度级降低响度级降低3030方，相当于响度降低方，相当于响度降低87.5%87.5%等等。显然，用响度级表示声音的变化是很直观等等。显然，用响度级表示声音的变化是很直观的。的。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动燃烧过程燃烧过程

21、、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动燃烧过程燃烧过程40102()pln宋（四）计权声级（四）计权声级声级计是测量声音强弱的仪器，声级计的声级计是测量声音强弱的仪器，声级计的“输入输入”是声音的客观存在的物理量度一声压和频率，而它的是声音的客观存在的物理量度一声压和频率，而它的“输出输出”不仅要求是对数关系的声压级，而且应该是符不仅要求是对数关系的声压级，而且应该是符合人耳特性的主观量度一响度级。然而声压级没有反映合人耳特性的主观量度一响度级。然而声压级没有反映出频率的影响，它具有平直的频率响应。为使声级计的出频率的影响，它具有平直的频率响应。为使声级计的输出输出、柴油

22、机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动符合人耳的听觉特性，应通过一套电学的滤波器网络，对某些频率符合人耳的听觉特性，应通过一套电学的滤波器网络，对某些频率成分进行衰减，这种特殊的滤波期叫计权网络。通过计权网络测得成分进行衰减，这种特殊的滤波期叫计权网络。通过计权网络测得的声压级，已不在是客观物理量的声压级，而是经过听感修正的声的声压级，已不在是客观物理量的声压级，而是经过听感修正的声压级，叫做计权声级。压级，叫做计权声级。通常，声级计设有通常，声级计设有a, b, ca, b, c三种计权网络，它能对不同频率的声三种计权网络，它能对不同频率的声音信号进行不同程度的衰减。音信号进

23、行不同程度的衰减。a a计权网络是效仿计权网络是效仿4040方等响曲线而设方等响曲线而设计，其特点是对低频和中频声有较大的衰减，即测量仪器对高频敏计，其特点是对低频和中频声有较大的衰减，即测量仪器对高频敏感，对低频不敏感，这与人耳对声音的感觉比较接近感，对低频不敏感，这与人耳对声音的感觉比较接近;b;b计权网络是计权网络是仿效仿效7070方等响曲线，使被测的声音通过时，对低频段有一定的衰方等响曲线，使被测的声音通过时，对低频段有一定的衰减减;c;c计权网络是仿效计权网络是仿效100100方等响曲线，任何频率段都没有衰减，可方等响曲线，任何频率段都没有衰减，可用用c c计权网络测得的读数代表总声

24、压级。计权网络测得的读数代表总声压级。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动c c、噪声控制、噪声控制 ( (一一) )、被动控制、被动控制: :消声控制、隔声控制消声控制、隔声控制 ( (二二) )、主动控制、主动控制: :降低声源的振动能量降低声源的振动能量一、一、吸声技术吸声技术 1 1、吸声材料的分类和吸声特性、吸声材料的分类和吸声特性 1 1）吸声材料的分类）吸声材料的分类 在噪声控制工程设计中，常用吸声材料和吸声结在噪声控制工程设计中，常用吸声材料和吸声结构来降低室内噪声，尤其在体积较大，混响时间较长构来降低室内噪声，尤其在体积较大，混响时间较

25、长的室内空间，应用相当普遍。吸声材料按其吸声机理的室内空间，应用相当普遍。吸声材料按其吸声机理来分类，可以分成来分类，可以分成多孔性吸声材料及共振吸声结构多孔性吸声材料及共振吸声结构两两大类。大类。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动多孔吸声材料多孔吸声材料 多孔性吸声材料的内部有许多微小细孔直通材料表多孔性吸声材料的内部有许多微小细孔直通材料表面，或其内部有许多相互连通的气泡，具有一定的通面，或其内部有许多相互连通的气泡，具有一定的通气性能。多孔吸声材料的种类很多，我国目前生产的气性能。多孔吸声材料的种类很多，我国目前生产的大体可分为四大类。大体可分为

26、四大类。 （1 1） 无机纤维材料，如玻璃棉、岩面及其制品。无机纤维材料，如玻璃棉、岩面及其制品。 （2 2） 有机纤维材料，如棉麻植物纤维及木质纤维制有机纤维材料，如棉麻植物纤维及木质纤维制品品( (软质纤维板、木丝板等软质纤维板、木丝板等) )。 （3 3） 泡沫材料，如泡沫塑料和泡沫玻璃、泡沫混凝泡沫材料，如泡沫塑料和泡沫玻璃、泡沫混凝土等土等 （4 4） 吸声建筑材料，如膨胀珍珠岩、微孔吸声砖等。吸声建筑材料，如膨胀珍珠岩、微孔吸声砖等。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动共振吸声结构共振吸声结构 由于共振作用，在系统共振频率附近对入射声由于共振

27、作用，在系统共振频率附近对入射声能具有较大的吸收作用的结构，称为共振吸声结构。能具有较大的吸收作用的结构，称为共振吸声结构。常见的有穿孔板吸声结构、微穿孔板吸声结构、薄板常见的有穿孔板吸声结构、微穿孔板吸声结构、薄板和薄膜吸声结构等。和薄膜吸声结构等。2 2）吸声系数及其测量）吸声系数及其测量 （1 1）吸声系数）吸声系数 吸声系数吸声系数定义为材料吸收的声能与入射到材料上定义为材料吸收的声能与入射到材料上的总声能之比，可用吸声系数来描述吸声材料或吸声的总声能之比，可用吸声系数来描述吸声材料或吸声结构的吸声特性结构的吸声特性. .计算公式为计算公式为: :燃烧过程燃烧过程1iriieeeree

28、 、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动式中式中: : 一入射声能一入射声能; ; 一被材料或结构吸收的声能一被材料或结构吸收的声能; ; e er r一被材料或结构反射的声能一被材料或结构反射的声能; ; r r一反射系数。一反射系数。 由上公式可见，当入射声波被完全反射时，由上公式可见，当入射声波被完全反射时，a =0a =0，表示无吸声作用表示无吸声作用; ;当入射声波完全没有被反射时，当入射声波完全没有被反射时，a=la=l，表示完全吸收。一般的材料或结构的吸声系数，表示完全吸收。一般的材料或结构的吸声系数在在0-10-1之间，值越大，表示吸声性能越好，它是卧前之

29、间，值越大，表示吸声性能越好，它是卧前表征吸声性能最常用的参数。为了表示方便，有时表征吸声性能最常用的参数。为了表示方便，有时还用中心频率还用中心频率125, 250, 500, 1000, 2000, 4000125, 250, 500, 1000, 2000, 4000六六个倍频程的吸声系数的平均值，称为平均吸声系数个倍频程的吸声系数的平均值，称为平均吸声系数a a。各种吸声材料的吸声系数的大小可查阅相关手册。各种吸声材料的吸声系数的大小可查阅相关手册。燃烧过程燃烧过程iee、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动（2 2）多孔吸声材料）多孔吸声材料 多孔吸声材料是目前

30、应用最为厂一泛的吸声材料。多孔吸声材料是目前应用最为厂一泛的吸声材料。最初的多孔吸声材料是以麻、棉、毛发、甘蔗渣等天最初的多孔吸声材料是以麻、棉、毛发、甘蔗渣等天然动植物纤维为主，目前则以玻璃棉、矿渣棉等无机然动植物纤维为主，目前则以玻璃棉、矿渣棉等无机纤维替代。这些材料可以为松散的，也可以加工成棉纤维替代。这些材料可以为松散的，也可以加工成棉絮状或采用适当的粘结剂加工成毡状或板状。絮状或采用适当的粘结剂加工成毡状或板状。 a a、多孔吸声材料的吸声原理、多孔吸声材料的吸声原理 多孔材料内部具有无数细微孔隙，孔隙间彼此相多孔材料内部具有无数细微孔隙，孔隙间彼此相通，且通过表面与外界相通，当声波

31、入射到材料表面通，且通过表面与外界相通，当声波入射到材料表面时，一部分在材料表面上反射，一部分则透入到材料时，一部分在材料表面上反射，一部分则透入到材料内部向一前传播。在传播过程中，引起孔隙中的空气内部向一前传播。在传播过程中，引起孔隙中的空气运动，与形成孔壁的固体筋络发生摩擦，由于粘滞性运动，与形成孔壁的固体筋络发生摩擦，由于粘滞性和热传导效应，将声能转变为热能而耗散掉。声波在和热传导效应，将声能转变为热能而耗散掉。声波在刚性壁面反射后，经过材料回到其表面时，一部分声刚性壁面反射后，经过材料回到其表面时，一部分声燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动 波

32、透回空气中，一部分又反射回材料内部，声波的这种波透回空气中，一部分又反射回材料内部，声波的这种反复传播的过程，就是能量不断转化耗散的过程，如此反复传播的过程，就是能量不断转化耗散的过程，如此反复，直到平衡，这样，材料就吸收了部分声音。反复，直到平衡，这样，材料就吸收了部分声音。 由此可见，只有材料的孔隙对表面开口，孔孔相连，由此可见，只有材料的孔隙对表面开口，孔孔相连，且孔隙深入材料内部，才能有效地吸收声能。有些材料且孔隙深入材料内部，才能有效地吸收声能。有些材料内部虽然也有许多微小气孔，但气孔密闭，彼此不相通，内部虽然也有许多微小气孔，但气孔密闭，彼此不相通，当声波入射到材料表面时，很难进入

33、到材料内部，只是当声波入射到材料表面时，很难进入到材料内部，只是使材料作整体振动，其吸声机理和吸声特性与多孔材料使材料作整体振动，其吸声机理和吸声特性与多孔材料不同，不应作为多孔吸声材料来考虑。如聚笨和部分聚不同，不应作为多孔吸声材料来考虑。如聚笨和部分聚氯乙烯泡沫塑料，内部虽然有大量气孔，但多数气孔为氯乙烯泡沫塑料，内部虽然有大量气孔，但多数气孔为单个闭孔，互不相通，它们可以作为隔热材料，但不能单个闭孔，互不相通，它们可以作为隔热材料，但不能作为吸声材料。开孔是吸声材料的基本构造作为吸声材料。开孔是吸声材料的基本构造( (见图见图) )。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机

34、的有害排放物和噪声振动燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动 在实际工作中，为防止松散的多孔材料飞散，常在实际工作中，为防止松散的多孔材料飞散，常用透声织物缝制成袋，再内充吸声材料，为保持固用透声织物缝制成袋，再内充吸声材料，为保持固定的几何形状并防止对材料的机械损伤，可在材料定的几何形状并防止对材料的机械损伤，可在材料间加筋条间加筋条( (龙骨龙骨) )，材料外表面加穿孔护面板，制成，材料外表面加穿孔护面板，制成多孔吸声结构。多孔吸声结构。（3 3）共振动吸声结构）共振动吸声结构 a a、薄膜与薄板共振吸声结构、薄膜与薄板共振吸声结构 薄膜或薄板可与背后

35、封闭的空气形成共振系统。薄膜或薄板可与背后封闭的空气形成共振系统。共振频率由单位面积薄膜或薄板的质量、薄膜或薄共振频率由单位面积薄膜或薄板的质量、薄膜或薄板后空气层厚度决定。其共振频率可按下式计算板后空气层厚度决定。其共振频率可按下式计算: :燃烧过程燃烧过程2000016002cfm lm l、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动 式中式中:m:m膜的单位面积质量，膜的单位面积质量，kg/mkg/m2 2; ; l l膜与刚性壁之间空气层的厚度，膜与刚性壁之间空气层的厚度，cmcm。 薄膜吸声结构的共振频率通常在薄膜吸声结构的共振频率通常在200-1000hz200-1

36、000hz范围，范围，最大吸声系数约为最大吸声系数约为0.3-0.40.3-0.4，一般把它作为中频范围，一般把它作为中频范围的吸声材料。当薄膜作为多孔材料的面层时，结构的的吸声材料。当薄膜作为多孔材料的面层时，结构的吸声特性取决于膜和多孔材料的种类以及安装方法。吸声特性取决于膜和多孔材料的种类以及安装方法。一般说来，在整个频率范围内吸声吸数比没有多孔材一般说来，在整个频率范围内吸声吸数比没有多孔材料只用薄膜时普遍提高。料只用薄膜时普遍提高。 实用中薄板厚度常取实用中薄板厚度常取3-6mm3-6mm，空气层厚度一般取，空气层厚度一般取3-3-10cm10cm，共振频率约在，共振频率约在80-3

37、00hz,80-300hz,故通常用于低频率吸故通常用于低频率吸声。声。 常用的薄膜、薄板结构的吸声系数可查阅相关手册。常用的薄膜、薄板结构的吸声系数可查阅相关手册。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动b b、穿孔板共振吸声结构、穿孔板共振吸声结构燃烧过程燃烧过程 在板材上，以一定的孔径和穿孔率打上孔，背后留在板材上，以一定的孔径和穿孔率打上孔，背后留有一定厚度的空气层，就成为穿孔板共振吸声结构，见有一定厚度的空气层，就成为穿孔板共振吸声结构，见上图。这种吸声结构可以看作是由许多单腔共振吸声结上图。这种吸声结构可以看作是由许多单腔共振吸声结构并联而成。其

38、共振频率是构并联而成。其共振频率是: :02()cpfl t、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动 式中式中:c:c一声速，一声速，m/s;m/s; l l一板后空气层厚度，一板后空气层厚度，m;m; t t一板厚，一板厚，m;m; s s一孔口末端修正量，一孔口末端修正量，m;m; p p一穿孔率，即穿孔面积与总面积之比。一穿孔率，即穿孔面积与总面积之比。 由上式可知，板的穿孔面积越大，吸声频率越高由上式可知，板的穿孔面积越大，吸声频率越高; ;空腔越深或板越厚，吸声的频率越低。一般穿孔板吸空腔越深或板越厚，吸声的频率越低。一般穿孔板吸声结构主要用于吸收低中频噪声的峰值

39、。吸声系数约声结构主要用于吸收低中频噪声的峰值。吸声系数约为为0.4-0.70.4-0.7。工程上一般取板厚。工程上一般取板厚2-5mm2-5mm，孔径，孔径2-4mm2-4mm，穿，穿孔率孔率1%-10%1%-10%，空腔深，空腔深( (即板后空气层厚度即板后空气层厚度) )以以10-25cm10-25cm为为宜。尺寸超过以上范围，多有不良影响，例如穿孔率宜。尺寸超过以上范围，多有不良影响，例如穿孔率在在20%20%以上时，几乎没有共振吸声作用，而仅仅成为护以上时，几乎没有共振吸声作用，而仅仅成为护面板了。面板了。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动

40、在确定穿孔板共振吸声结构的主要尺寸后，可根据主要尺寸查阅在确定穿孔板共振吸声结构的主要尺寸后，可根据主要尺寸查阅手册，选择近似或相近结构的吸声系数，再按实际需要的减噪量，手册，选择近似或相近结构的吸声系数，再按实际需要的减噪量，计算应铺设吸声结构的面积。由于穿孔板自身的声阻很小，这种结计算应铺设吸声结构的面积。由于穿孔板自身的声阻很小，这种结构的吸声频带较窄，如在穿孔板背后填充一些多孔的材料或敷上声构的吸声频带较窄，如在穿孔板背后填充一些多孔的材料或敷上声阻较大的纺织物等材料，便可改进其吸声特征。填充吸声材料时，阻较大的纺织物等材料，便可改进其吸声特征。填充吸声材料时，可以把空腔填满，也可以只

41、填一部分，关键在于控制适当的声阻率。可以把空腔填满，也可以只填一部分，关键在于控制适当的声阻率。下图是填充多孔材料前后吸声特性的比较。由下图可见，填充多孔下图是填充多孔材料前后吸声特性的比较。由下图可见，填充多孔材料后，不仅提高了穿孔板的吸声系数，而且展宽了有效吸声频带材料后，不仅提高了穿孔板的吸声系数，而且展宽了有效吸声频带宽度。为扩展吸声频带，还可以采用不同穿孔率、不同腔深的多孔宽度。为扩展吸声频带，还可以采用不同穿孔率、不同腔深的多孔板吸声结构的组合。板吸声结构的组合。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动燃烧过程燃烧过程 (1) (1)背后空气层背

42、后空气层内填充内填充5050厚玻璃棉厚玻璃棉吸声材料吸声材料 (2)(2)背后空气层背后空气层内填充内填充2525厚玻璃棉厚玻璃棉吸声材料吸声材料 (3)(3)背后空气层背后空气层5050，不填吸声材料，不填吸声材料 (4)(4)背后空气层背后空气层2525，不填吸声材料，不填吸声材料、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动二、隔声技术二、隔声技术 隔声是在噪声控制中最常用的技术之一。声波在隔声是在噪声控制中最常用的技术之一。声波在空气中传播时，使声能在传播途径中受到阻挡而不能空气中传播时，使声能在传播途径中受到阻挡而不能直接通过的措施，称为隔声。隔声的具体形式有隔声直接通

43、过的措施，称为隔声。隔声的具体形式有隔声墙、隔声罩、隔声间等。墙、隔声罩、隔声间等。 1 1、隔声墙、隔声墙 隔声技术中，常把板状或墙状的隔声构件称为隔隔声技术中，常把板状或墙状的隔声构件称为隔板或隔墙，简称墙。仅有一层隔板的称单层墙板或隔墙，简称墙。仅有一层隔板的称单层墙; ;有两有两层或多层，层间有空气或其它材料的，称为双层墙或层或多层，层间有空气或其它材料的，称为双层墙或多层墙。多层墙。 通过理论计算可以推出，对于一般的固体材料，通过理论计算可以推出，对于一般的固体材料，如砖墙、木板、钢板、玻璃等单层如砖墙、木板、钢板、玻璃等单层 隔声材料，隔隔声材料，隔声量为声量为:tl 20 lgm

44、f-42.5:tl 20 lgmf-42.5，其中，其中，m m是指单是指单位面积位面积燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动 们墙体的质量，们墙体的质量，f f是指声波的频率。这就是关于隔声的质量定律。是指声波的频率。这就是关于隔声的质量定律。它表明，它表明，m m和和f f每增加每增加1 1倍，隔声量都增加倍，隔声量都增加6db6db。 由质量定律可知，增加墙的厚度，从而可增加单位面积的质由质量定律可知，增加墙的厚度，从而可增加单位面积的质量，即可增加隔声量，但是仅依靠增加墙的厚度来提高隔声量是量，即可增加隔声量，但是仅依靠增加墙的厚度来提高隔声量是不

45、经济的，在这种情况下通常采用双层墙。例如，单层墙的隔声不经济的，在这种情况下通常采用双层墙。例如，单层墙的隔声量为量为30 db30 db，如果隔墙厚度增加一倍时，隔声量为，如果隔墙厚度增加一倍时，隔声量为36db36db，即提高，即提高了了6db.6db.如果作为完全分离的双层墙，在理想的情况下，总隔声量如果作为完全分离的双层墙，在理想的情况下，总隔声量可达可达60db60db。当然，在实际上双层墙相互不可能离的很远，中间空。当然，在实际上双层墙相互不可能离的很远，中间空气层的祸合作用必须加以考虑，因此总隔声量并不是两层墙板隔气层的祸合作用必须加以考虑，因此总隔声量并不是两层墙板隔声量的简叠

46、加。但作为实用的双层墙，即使是声量的简叠加。但作为实用的双层墙，即使是10cm10cm厚的空气层，厚的空气层，也大致能使隔声量增加也大致能使隔声量增加8-12db8-12db。如果达到与单层墙同样的隔声量，。如果达到与单层墙同样的隔声量，则双层墙的总重量仅为单层墙的三分之一左右。则双层墙的总重量仅为单层墙的三分之一左右。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动 有时，把多层结构组成一个整体，成为一种复合墙，有时，把多层结构组成一个整体，成为一种复合墙，比较切合实用要求。从整体来说，它可看成是单层复比较切合实用要求。从整体来说，它可看成是单层复合墙板。为了提高

47、复合板的隔声效果，一般地说，应合墙板。为了提高复合板的隔声效果，一般地说，应遵照下列设计原则遵照下列设计原则: : 相邻两层材料间声阻抗之比尽可能大些，使界相邻两层材料间声阻抗之比尽可能大些，使界面上的声反射系数提高，从而可以提高隔声效果。面上的声反射系数提高，从而可以提高隔声效果。 对于双层复合板，宜使其中一层较为柔顺，并对于双层复合板，宜使其中一层较为柔顺，并具有较大的损耗因子，可用来减弱弯曲振动，使临界具有较大的损耗因子，可用来减弱弯曲振动，使临界频率以上隔声量提高。另一层具有足够大的刚性和强频率以上隔声量提高。另一层具有足够大的刚性和强度，使能满足机械性能上的要求。度，使能满足机械性能

48、上的要求。 对于多层复合板，宜采用对于多层复合板，宜采用“夹心夹心”结构，即在结构，即在外层用刚性较好、强度较大的薄层材料，在心层采用外层用刚性较好、强度较大的薄层材料，在心层采用柔软的厚层吸声或阻尼材料。柔软的厚层吸声或阻尼材料。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动2 2、隔声罩、隔声罩 隔声罩是噪声控制中常被采用的设备，用它把声源隔声罩是噪声控制中常被采用的设备，用它把声源封闭在罩内，以减少向周围的声辐射。隔声罩的技术封闭在罩内，以减少向周围的声辐射。隔声罩的技术措施简单，降噪效果好，在噪声控制工程中广为应用，措施简单，降噪效果好，在噪声控制工程中广

49、为应用，在设计和选用隔声罩时应注意以下几个方面在设计和选用隔声罩时应注意以下几个方面: : 罩壁必须有足够的隔声量，且为了便于制造安装罩壁必须有足够的隔声量，且为了便于制造安装维修，宜采用维修，宜采用0. 5-2mm0. 5-2mm厚的钢板或铝板等轻薄密实的厚的钢板或铝板等轻薄密实的材料制作。材料制作。 用钢板或铝板等轻薄型材料作罩壁时，须在壁面用钢板或铝板等轻薄型材料作罩壁时，须在壁面上加筋，涂贴阻尼层，以抑制与减弱共振和吻合效应上加筋，涂贴阻尼层，以抑制与减弱共振和吻合效应的产生。的产生。 罩体与声源设备及其机座之间不能有钢性接罩体与声源设备及其机座之间不能有钢性接 触，触，以避免形成以避

50、免形成“声桥声桥”，导致隔声量降低。，导致隔声量降低。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动 隔声罩周围要采取减振和密封措施。隔声罩周围要采取减振和密封措施。 罩内要加吸声处理，使用多孔松散材料时，应有罩内要加吸声处理，使用多孔松散材料时，应有较牢固的护面层。较牢固的护面层。 罩壳形状恰当，尽量少用方形平行罩壁，以防止罩壳形状恰当，尽量少用方形平行罩壁，以防止仗内空气声的驻波效应，同时，罩壁与设备之间应留仗内空气声的驻波效应，同时，罩壁与设备之间应留有较大的空间，一般为设备所占空间的有较大的空间，一般为设备所占空间的1/31/3以上。以上。三、隔振技术及阻

51、尼减振三、隔振技术及阻尼减振 声波起源于物体的振动，物体的振动除了向周围声波起源于物体的振动，物体的振动除了向周围空间辐射在空气中传播的声空间辐射在空气中传播的声( (称称“空气声空气声”) )外，还通外，还通过与其相连的固体结构传播声波，简称过与其相连的固体结构传播声波，简称“固体声固体声”，固体声在传播的过程中又会向周围空气辐射噪声，特固体声在传播的过程中又会向周围空气辐射噪声，特别是引起物体共振时，会辐射很强的噪声。别是引起物体共振时，会辐射很强的噪声。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动 对于振动的控制应从以下两个方面采取措施对于振动的控制应从以

52、下两个方面采取措施: :一是一是对振动源进行改进以减弱振动强度对振动源进行改进以减弱振动强度; ;二是在振动传播途二是在振动传播途径上采取隔振措施，或用阻尼材料消耗振动的能量并径上采取隔振措施，或用阻尼材料消耗振动的能量并减弱振动向空间的辐射。从而直接或间接地使噪声降减弱振动向空间的辐射。从而直接或间接地使噪声降低。隔振措施是在振动部件和基础之间安装隔振器或低。隔振措施是在振动部件和基础之间安装隔振器或隔振材料，使振动部件和基础之间的刚性联结变成弹隔振材料，使振动部件和基础之间的刚性联结变成弹性支撑。工程中广泛使用的有钢弹簧、橡胶、玻璃棉性支撑。工程中广泛使用的有钢弹簧、橡胶、玻璃棉粘、软木和

53、空气弹簧等。它们的隔振特点见下表粘、软木和空气弹簧等。它们的隔振特点见下表: :燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动 有很多噪声是因为金属薄板受激发振动而有很多噪声是因为金属薄板受激发振动而产生，金属薄板本身阻尼很小，而声辐射效率产生，金属薄板本身阻尼很小，而声辐射效率很高。降低这种振动和噪声，普遍采用的方法很高。降低这种振动和噪声，普遍采用的方法是在金属薄板构件上喷涂或粘贴一层高内阻的是在金属薄板构件上喷涂或粘贴一层高内阻的粘弹性材料，如沥青、橡胶或高分子材料。当粘弹性材料，如

54、沥青、橡胶或高分子材料。当金属板振动时，由于阻尼作用，一部分振动能金属板振动时，由于阻尼作用，一部分振动能量转变为热能，而使振动和噪声降低。量转变为热能，而使振动和噪声降低。燃烧过程燃烧过程、柴油机的有害排放物和噪声振动、柴油机的有害排放物和噪声振动（3 3）噪声与振动的控制措施）噪声与振动的控制措施a a、控制燃烧过程来降低燃烧噪声；、控制燃烧过程来降低燃烧噪声；b b、改进机体等有关零部件，提高刚度，降低结构振动的、改进机体等有关零部件，提高刚度，降低结构振动的振幅和提高共振频率；振幅和提高共振频率；c c、减小各部件间的间隙，为减小惯性力，降低活塞平均、减小各部件间的间隙，为减小惯性力，

55、降低活塞平均速度；速度；d d、采用吸振减振材料制造零件；、采用吸振减振材料制造零件；e e、改进消音器结构材料，改进空气滤清器、风扇的、改进消音器结构材料，改进空气滤清器、风扇的设计，以降低气体动力噪声；设计，以降低气体动力噪声；f f、遮屏蔽噪声源，破坏噪声传播途径。、遮屏蔽噪声源，破坏噪声传播途径。 燃烧过程燃烧过程二、燃油喷射和雾化1 1）供油系统和喷射过程概述）供油系统和喷射过程概述（1 1）供油系分类）供油系分类工作原理工作原理柱塞式泵供油系统柱塞式泵供油系统分配泵式供油系统分配泵式供油系统ptpt燃油系统燃油系统柴油机供油系统柴油机供油系统1、供油系统和喷射过程概述供油系统和喷射

56、过程概述 a a、柱塞泵供油系统、柱塞泵供油系统 柱塞泵供油系统使用最广，包含三套偶件（柱塞泵供油系统使用最广，包含三套偶件（针阀针阀偶件、柱塞、出油阀偶件偶件、柱塞、出油阀偶件），最大喷射压力较高。泵），最大喷射压力较高。泵喷嘴是柱塞式供油系统的变型。喷嘴是柱塞式供油系统的变型。 b b、分配泵供油系统、分配泵供油系统 分配泵供油系统结构紧凑，体积小，质量轻，供分配泵供油系统结构紧凑，体积小，质量轻，供油压力稍低。以旋转形式供油。油压力稍低。以旋转形式供油。 c c、 ptpt供油系统供油系统 ptpt供油系统是美国专利技术，我国已引进专利生供油系统是美国专利技术，我国已引进专利生产，高压产

57、生在喷嘴，而没有高压泵。产，高压产生在喷嘴，而没有高压泵。（2 2）供油系统组成）供油系统组成 油箱、输油泵、滤清器、喷油泵、喷油器、调整油箱、输油泵、滤清器、喷油泵、喷油器、调整器、供油提前角装置。喷油器、喷油泵、高压油管组器、供油提前角装置。喷油器、喷油泵、高压油管组成高压油路，称喷射系统。成高压油路，称喷射系统。燃油喷射和雾化燃油喷射和雾化1、供油系统和喷射过程概述供油系统和喷射过程概述燃油喷射和雾化燃油喷射和雾化1、供油系统和喷射过程概述供油系统和喷射过程概述a a、喷油泵、喷油泵 作用：作用：喷油泵作用是定时、定量地经高压油管向各喷油泵作用是定时、定量地经高压油管向各缸地喷油器周期性

58、供给高压油。缸地喷油器周期性供给高压油。 分类：分类：常见的有常见的有直列式直列式和和分配式分配式两种类型。两种类型。 直列式喷油泵：直列式喷油泵：以柱塞行程、泵缸中心距和结构以柱塞行程、泵缸中心距和结构待征为基础成为系列，每个系列可以改变柱塞直径和待征为基础成为系列，每个系列可以改变柱塞直径和缸数，以适应不同柴油机的需要。缸数，以适应不同柴油机的需要。 分配式喷油泵：分配式喷油泵：应用于轿车和轻型车中，具有结应用于轿车和轻型车中，具有结构紧凑，体积小，质量轻，工作转速高，但难达到较构紧凑，体积小，质量轻，工作转速高，但难达到较高的供油压力，对燃油的质量要求较高。高的供油压力，对燃油的质量要求

59、较高。b b、喷油器、喷油器 作用：作用：喷油器作用是将喷油泵供给地高压油喷入喷油器作用是将喷油泵供给地高压油喷入柴油机的燃烧室，使燃油雾化成微细的油粒，并按一柴油机的燃烧室，使燃油雾化成微细的油粒，并按一定要求分布在燃烧室内。定要求分布在燃烧室内。燃油喷射和雾化燃油喷射和雾化1、供油系统和喷射过程概述供油系统和喷射过程概述 分类：分类：分为分为孔式喷油器孔式喷油器和和轴针式喷油器轴针式喷油器。燃油喷射和雾化燃油喷射和雾化1、供油系统和喷射过程概述供油系统和喷射过程概述燃油喷射和雾化燃油喷射和雾化1、供油系统和喷射过程概述供油系统和喷射过程概述 孔式喷油器孔式喷油器 孔式喷油器用于直孔式喷油器

60、用于直喷式燃烧室中，喷孔喷式燃烧室中，喷孔的数目、直径及角度的数目、直径及角度与具体的燃烧室形状与具体的燃烧室形状和空气运动等因素有和空气运动等因素有关。同一喷油器各喷关。同一喷油器各喷孔直径及角度也不一孔直径及角度也不一定相同。较小的喷孔，定相同。较小的喷孔，一方面易引起积炭堵一方面易引起积炭堵塞等故障，另一方面塞等故障，另一方面对加工要求高难度对加工要求高难度增大，最小孔径目前增大，最小孔径目前可达可达0.15mm.0.15mm.燃油喷射和雾化燃油喷射和雾化高压油腔高压油腔1、供油系统和喷射过程概述供油系统和喷射过程概述 轴针式喷油器轴针式喷油器 轴针式喷油器用轴针式喷油器用于分隔式燃烧室