風冷柴油機噪聲分析

羅哲 夏余平 楊文佳

摘要：針對風冷柴油機噪聲問題，本文以德國道依茨公司生產的柴油機為例，詳細分析了風冷柴油機噪聲產生的原因，以及探討了噪聲的有效降低方法，并就風冷柴油機與水冷柴油機的特點進行了比較。通過文本的分析，以期為風冷柴油機噪聲問題的研究提供參考依據與技術借鑒。

關鍵詞：風冷柴油機;噪聲分析;結構特點;降噪技術

1 引言

我國是農業生產大國，在許多農用機械方面多采用的是小型單缸柴油機，而單缸柴油機又多以風冷機型為主[1]。小型風冷柴油機具有結構簡單、使用方便、操作安全、攜帶輕巧、動力性好等諸多特點，因此廣泛使用于小型農業機械[2-3]。但由于結構、設計等原因，噪聲問題一直是困擾風冷柴油機使用過程中的突出問題[4]，本文立足風冷柴油機的特點，以德國道依茨公司生產的風冷柴油機為例，分析了風冷柴油機噪聲產生的原因以及有效解決方法，以期為風冷柴油機的噪聲分析研究提供參考依據與設計借鑒。

2 風冷柴油機的特點

風冷柴油機與水冷柴油機相比較，主要包含如下幾個方面的特點：

（1）冷卻方式簡單

風冷較之水冷不需要附加的一些散熱器，可以直接通過冷卻風扇將外部空氣強制性壓入柴油機中各需要冷卻部件周圍，并將熱量帶出，不需要額外的傳熱裝置。

（2）故障發生率小

由于風冷發動機直接通過空氣冷卻柴油機各部件，因此不需要使用冷卻水，進而更不會導致結冰、沸騰等現象，而且不需要使用密封元件、冷卻水泵等部件。據調查表明水冷發動機40%的故障是發生在冷卻系統中，風冷柴油機便很好的避免了這些問題。

（3）結構緊湊且溫度使用范圍廣

由于具有整機冷卻系統，因此風冷柴油機具有較好的功率重量比，減少了水冷柴油機中冷卻水、蜂巢式散熱器等部件的重量。

水冷柴油機是通過冷卻水將其冷卻的，而水在正常氣壓下100℃的高溫時便會沸騰，且水冷發動機的溫度差隨著外界溫度的升高而減少。而風冷柴油機的汽缸壁與外界溫度之間是恒定溫差，所以風冷柴油機可以適應溫度范圍就更加的廣泛。

另外，還有經濟性能好、使用壽命較長、質量高等特點。

3 風冷柴油機的噪聲分析

風冷柴油機產生噪音的原因較多，其中包括各種發動機表面輻射的噪音、發動機傳動齒輪系所發出的機械噪音、發動機燃燒氣體所發出的燃燒噪音等，其中最為主要的便是柴油機冷卻風扇所產生的氣流噪音，研究表明柴油機冷卻風扇產生的氣流噪音是風冷柴油機噪音的重要組成部分。

針對這些噪音的問題，以德國道依茨公司生產的柴油機為例進行分析，該公司在風冷柴油機降噪方面取得了一系列的成果。

（1）對于發動機表面輻射的噪音可通過提高總體機構的緊湊性，從而減少噪音的輻射面積，也可以通過選擇發動機適當的轉速進而減少噪音。

（2）在傳動齒輪系方面，則通過設計良好的傳動發案，選擇良好的傳動齒輪，例如可以減少齒輪數目等。這樣不僅可以縮小發動機齒輪箱的整體尺寸，而且對于降低齒輪傳動過程中噪音具有良好的效果。

（3）對于降低燃燒氣體所造成的燃燒噪音，針對其噪音產生的主要方式是由于汽缸內部氣體燃燒時，由于缸體壓力迅速變化所激發的結果，因此可通過降低壓力的升高率和選擇合適的燃燒方式進而有利于噪音的減少。

道依茨有直接噴射式和二級燃燒室兩種燃燒方式，其在降低燃燒系統的噪音上的特點是：

1）采用中等強度渦流比的螺旋進氣道。通過渦流和壓縮產生的擠流作用，提高了燃氣混合的均勻性，為柔和燃燒創造了條件。

2）采用長型多孔式噴油器。其中增壓噴油泵帶有煙度限制器，使齒桿受增壓空氣壓力的控制，保持最佳匹配。

二級燃燒式，由于燃燒過程是分成兩次完成的，故其噪音的水平比直噴式低，且污染性小。

（4）在風扇設計方面，研究表明在風量保持不變時，適當的加大風扇的直徑或者減低風扇的轉速，對于降低風扇的噪音具有良好的效果，但由于發動機整體設計尺寸的限定，所以在折中取得交合風扇直徑、工作轉速的前提下，應改進風扇形狀，改善冷卻風的流動狀態等，進而達到既確保冷卻性能又減少噪音的目的。

道依茨公司的風冷柴油機其中有利于提高效率減低噪音的設計特點如下：

1）風扇為軸流式。風扇殼體的入口處以大的圓角過渡，這樣可以防止產生氣流脫離現象。

風扇的動、靜葉片均設計為翼型，并按不同的安裝角安裝，風扇動、靜葉片數目采取了優化效果，不僅提高了效率，而且降低了噪音。

2）風扇動葉片邊緣和殼體內壁間間隙對風扇效率影響很大，所以對于風扇動葉片邊緣和殼體內壁間間隙進行了嚴格的控制。

3）風扇驅動采用液力偶合器，橡膠滾珠聯軸節軸傳動，減少驅動沖擊噪音。

4）根據各種機型規范，設計了各種擋風板，保證風壓室有效的密封，減少了風壓損失。

4 總結

風冷柴油機廣泛應用于國內外農業生產中，且風冷柴油機較水冷柴油機具有結構緊湊、性能良好、工作可靠、油耗較低、維修方便、使用壽命長等特點，而噪聲問題一直是困擾風冷柴油機應用的重點問題所在，本文以德國道依茨公司生產的風冷柴油機為例，詳細探討了風冷柴油機噪聲產生的原因以及有效降噪的方法與設計要點。通過本文的研究，期待為風冷柴油機的噪聲處理提供可行性的理論參考與實踐借鑒。

參考文獻：

[1]劉勝吉，趙宇超，劉榮利，王建，孫永福.基于排放特性的小型風冷柴油機燃燒過程研究[J].兵工學報，2017，38（12）：2480-2487.

[2]袁銀南，王忠，孫平，陳篤紅.小缸徑風冷柴油機熱負荷的研究[J].農業機械學報，2005（06）：16-19.

[3]趙偉敏，楊超珍.小型風冷柴油機機體特性和結構[J].江蘇理工大學學報（自然科學版），2000（01）：41-43.

[4]張學龍，王奔，王亞軍，付艷麗.柴油機發動機噪聲測試與分析[J].內燃機，2019（03）：33-37+40.

項目基金：湖南省教育廳科學研究項目（19C0815）;永州市科技計劃項目（2019-yzkj-03）

作者簡介：羅哲（1988-），男（漢族），湖南省永州市人，碩士，湖南科技學院講師，主要研究方向為優化算法與智能制造。