内燃机低噪声设计取得成果

噪声是继空气污染后人类公共健康的第二大危害。在环境噪声中，以内燃机为动力的交通噪声占面积比例的34%、能量比例的81%。我国机动车噪声标准已与欧美日噪声法规接轨。低噪声内燃机技术是提升产品品质亟待解决的技术瓶颈。在2000~2003年间，天津大学对我国不同发动机厂家生产的10个主要机型进行测试，发现柴油机噪声与欧洲1975年水平相当，汽油机噪声与欧洲1992年水平相当，存在着10~25年的差距。
　　内燃机是车辆的主要噪声源，其噪声控制是世界性难题。技术挑战主要表现为：一是内燃机噪声从激励、传递到辐射几乎涉及所有零部件；二是燃烧噪声与排放和油耗的控制存在着矛盾；三是性能高强化和质量轻量化与结构声学特性优化的矛盾。
　　2015年，由天津大学科研团队与潍柴动力、玉柴机器、天津内燃机研究所等单位开展紧密的产学研协作，在863计划等国家和企业课题支持下，形成了系列的低噪声内燃机创新成果。
　　抑制内燃机燃烧粗暴性的燃烧噪声控制技术：发明了加速工况下废气再循环率（EGR）可调的瞬态燃烧噪声控制方法；发明了喷油、EGR、增压协同控制燃烧噪声的装置和策略，申请了PCT国际专利，波兰学者评价“显著降低柴油机燃烧噪声成为可能”。发明了加强混合气的气流扰动的汽油机椭球形燃烧室，改善了排放和燃烧噪声。
　　内燃机轴系三维振动复合减振及测试评价技术：提出了曲轴三维振动复合减振器设计思想，申请了PCT国际专利；发明了曲轴三维振动的实机测试方法以及减振器参数测试装置和方法；形成了系统实施技术和装置，相对传统方法可降低轴系弯曲振幅30%~50%。以郭孔辉院士为主任的鉴定委员会认为“在曲轴三维复合减振技术方面居国际领先水平”。
　　内燃机整机隔振和结构噪声辐射抑制技术：发明了结合整体模态及质量、惯量分布特性的动力总成悬置系统优化设计方法；形成了系统的整机隔振优化技术，降低整机振动烈度20%。发明了提高结构阻尼的新颖机体结构，提出了高阻尼排气屏障板、低噪声油底壳等设计技术。
　　进、排气空气动力噪声的优化设计方法：发明了基于实机状态参数修正的发动机排气微粒过滤器插入损失的预测方法，比国际上现有预测模型，在高频段误差减小10~20dB，为排气消声的设计提供了精准的方法。提出了基于进气消声的空气滤清器优化设计方法和低噪声冷却风扇的设计方法。
　　本项目申请PCT专利2项，授权发明专利15项；授权实用新型和软件著作权31项；出版专著1部，发表SCI/EI收录论文28/149篇，被国内外学者他引2100多篇次；编制国家标准和行业标准各1项，为国防单位编制柴油机噪声设计规范12个。
　　成果经中国机械工业联合会组织的专家鉴定认为“该项目技术难度大，总体技术达到国际先进水平，在曲轴三维复合减振技术方面居国际领先水平”。获得2014年度中国机械工业科学技术一等奖。相关创新点得到国际同行积极评价；团队负责人分别应美国《国际车辆振动噪声学报》和《英国机械工程师会刊D辑：汽车工程学报》特邀，为噪声专辑撰写论文，提高了我国内燃机在国际学术领域的地位。
　　该技术在潍柴、玉柴等13个企业，34款146万台柴油机，5款26万台汽油机和10款1130万台摩托车发动机上得到应用。创造了显著的经济效益，近3年新增产值232.3亿元、新增利润31.6亿元，新增税收14.9亿元。促进了行业的科技进步，形成了体系化的低噪声内燃机关键技术、测试设备和装置、规范标准；使我国内燃机产品的噪声水平达到全面满足欧盟现行噪声法规的要求；协助我国内燃机生产企业10年跨越欧洲噪声法规3~4个技术阶段。
　　此项成果提升了企业的国内和国际市场竞争力，应用本技术的柴油机占我国重型载货车柴油机产量的50%、重型PG电子柴油机产量的70%、客车柴油机市场的55%。浙江春风的产品出口欧美的比例达到74%。
　　（中国工业报记者 张潇卓）