[发明专利]一种活塞降噪方法及一种活塞

说明书

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种活塞降噪方法及一种活塞。

背景技术

在发动机领域的发展过程中，在追求功率和性能不断提高的同时，也在向着更节能更环保的方向迈进。而所谓环保的概念，不仅是代表更高的燃料燃烧效率和更低的排放，也包括对于噪声污染的控制。当前，发动机运行过程中产生的噪声大小是衡量发动机质量的一项重要指标；降低发动机运行过程中的噪声，使发动机更加安静平稳的运行，也是发动机研发过程中的重要课题之一。

发动机噪声的来源主要有两部分：燃烧噪声和机械噪声。燃油在气缸内燃烧时产生的噪声为燃烧噪声，燃烧噪声随发动机运行工况而变化。机械噪声主要是发动机在运转过程中由曲柄连杆机构产生的。经验表明发动机活塞对缸套的敲击是机械噪声的主要来源；而对于这一部分噪声的抑制，也是降低发动机噪声最主要的途径。

参见图1所示，为活塞在缸套中相对运动的示意图，图中缸套与到达上止点并且继续运动的活塞先接触的一面为主推力面，简称TS；相反，主推力面相对的另一面即为副推力面，简称ATS。改变活塞销孔的位置能够改变活塞与缸套主推力面及副推力面的接触情况，从而改变噪声的大小。图1中三种情况，分别表示活塞销孔偏向副推力面、无偏置和偏向主推力面时的示意图。目前本领域内的共识是，在上述三种情况下，偏向主推力面时活塞与缸套间动能变化率较小，二者撞击力相对较弱，所以活塞销孔偏向主推力面更有利于减少活塞对缸套敲击产生的噪声。

不过，虽然活塞销孔偏向主推力面的设计为现阶段的公知常识，但销孔向主推力面最优的偏移距离则还需视发动机的具体情况而定。现阶段只能通过大量反复的实验确定销孔最优的偏移距离；也就是说在现有技术中所得到的最优偏移距离是一个经验上的优化取值，没有引入力学上的计算分析过程，没有理论上的数据支持，得到的结果可能是一个较优化的取值，但未必是理论上的最优值。而且大量反复的实验耗时长，成本高，也为研发过程带来的较大的负担。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种活塞降噪方法及一种活塞，所述方法通过建立动力学模型，来计算发动机运行过程中，不同销孔偏移位置下活塞的动能变化情况，从而找到一种能使活塞动能变化最小的销孔偏移量，以实现降低活塞对缸套敲击产生的噪声。

为实现上述目的，本发明有如下技术方案：

一种活塞降噪方法，所述方法包括以下步骤：

针对发动机型号，建立符合该型号发动机运行工况的动力学模型；

提取该型号发动机的工况数据，并拟定多个活塞销孔偏移量；将各个活塞销孔偏移量结合所述工况数据，分别代入动力学模型中；

利用所述动力学模型计算得到不同活塞销孔偏移量之下，活塞运行过程中的动能变化信息；

对比各个活塞销孔偏移量之下的动能变化信息，选取动能变化最小的动能变化信息对应的活塞销孔偏移量作为最优偏移量；并按照所述最优偏移量在活塞上设置销孔的位置。

所述建立动力学模型具体为：

对发动机中活塞组件进行数字化，并利用曲柄连杆机构动力学原理组合经过数字化的活塞组件以建立动力学模型。

所述活塞组件包括：

活塞、缸套、活塞环、活塞销及销孔。

所述针对发动机型号，建立符合该型号发动机运行工况的动力学模型具体为：

针对发动机型号拟定一个原始模型；

将该发动机的工况数据代入原始模型中，得到验证数据；对比所述验证数据是否与该型号发动机的历史数据相符，若不相符则对原始模型进行修正；

直到得到与所述历史数据相符的试验数据，则将该原始动力学模型作为针对该型号发动机的动力学模型。

所述对原始模型进行修正具体为：

在原始模型中设置修正系数，通过调节所述修正系数修正原始模型。

所述工况数据具体包括：

活塞刚度矩阵、活塞温度信息、活塞轮廓信息、活塞轮廓变形信息、缸套压力信息、缸套温度信息、缸套轮廓变形信息、以及活塞组件结构信息。

所述计算活塞运行过程中的动能变化信息具体为：

利用所述动力学模型计算活塞曲轴旋转两周的过程中活塞的实时动能，并将所述活塞的实时动能作为所述动能变化信息。

所述将活塞的实时动能作为动能变化信息具体为：

绘制动能曲线以表示所述实时动能与活塞曲轴转动角度的对应关系，并将所述动能曲线作为所述动能变化信息。