發(fā)動機(jī)進(jìn)氣噪聲及汽車NVH簡介.ppt

1、,發(fā)動機(jī)進(jìn)氣噪聲及 汽車NVH簡介 商研院動總 劉明,一、汽車噪聲,噪聲是工業(yè)社會帶來的副產(chǎn)品，它與大氣污染和水污染一起被認(rèn)為是當(dāng)今世界三大公害。與其他兩個公害相比，噪聲的影響面最廣，感覺最直接，人們反映也最多。汽車作為一種主要的交通工具日益普及和增長，因而汽車噪聲所造成的環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。 汽車噪聲的種類： 產(chǎn)生汽車噪聲的主要因素是：空氣動力、機(jī)械傳動、電磁三部分。從結(jié)構(gòu)上可分為發(fā)動機(jī)噪聲,底盤噪聲,電器設(shè)備噪聲,車身噪聲。 其中發(fā)動機(jī)噪聲占汽車噪聲的二分之一以上,包括本體噪聲(如發(fā)動機(jī)振動,配氣軸的轉(zhuǎn)動,進(jìn)、排氣門開關(guān)等引起的噪聲)和進(jìn)氣噪聲。 隨著發(fā)動機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn), 發(fā)動機(jī)噪聲有較

2、大幅度的降低。發(fā)動機(jī)之外的其他噪聲來源如傳動系噪聲、輪胎噪聲、排氣噪聲以及車身壁板結(jié)構(gòu)振動輻射噪聲等, 對車輛整體噪聲的貢獻(xiàn)份額相對增大 。對于小型高速機(jī)和大型增壓機(jī)來說，進(jìn)氣噪聲有時比發(fā)動機(jī)本體噪聲高出多達(dá)5dB(A)，成為僅次于排氣噪聲的主要噪聲源。排氣噪聲是發(fā)動機(jī)最主要的噪聲源，往往比本體噪聲高出10-15 dB(A). 此外,汽車輪胎在高速行駛時,也會引起較大的噪聲。這是由于輪胎在地面流動時,位于花紋槽中的空氣被地面擠出與重新吸入過程所引起的泵氣聲,以及輪胎花紋與路面的撞擊聲。,進(jìn)氣噪聲 1、進(jìn)氣系統(tǒng) 發(fā)動機(jī)是汽車的心臟，而進(jìn)氣系統(tǒng)則是發(fā)動機(jī)的動脈，也有人將進(jìn)氣系統(tǒng)比喻為汽車的呼吸系統(tǒng)

3、。進(jìn)氣系統(tǒng)的合理性直接影響發(fā)動機(jī)的性能、壽命，從而影響整機(jī)的性能、壽命及環(huán)保性。 進(jìn)氣系統(tǒng)包含了進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣門機(jī)構(gòu)、空氣濾清器。 空氣濾清器一般由進(jìn)氣導(dǎo)流管、空氣濾清器蓋、空氣濾清器外殼和濾芯等組成?？諝鉃V清器的功用主要是濾除空氣中的雜質(zhì)或灰塵，讓潔凈的空氣進(jìn)入氣缸。實(shí)踐證明，發(fā)動機(jī)不安裝空氣濾清器，其壽命將縮短2/3。另外，空氣濾清器也有降低進(jìn)氣噪聲的作用。,2、進(jìn)氣噪聲產(chǎn)生機(jī)理 進(jìn)排氣噪聲均屬于空氣動力噪聲，由于氣體擾動以及氣體和其他物體相互作用而產(chǎn)生的噪聲稱為空氣動力噪聲 。直接向大氣輻射的空氣動力噪聲包括：進(jìn)氣噪聲、排氣噪聲、冷卻風(fēng)扇噪聲。 發(fā)動機(jī)進(jìn)氣噪聲是由進(jìn)氣閥周期性開閉而產(chǎn)生的

4、壓力波動所形成的。 進(jìn)氣噪聲主要包括：周期性壓力脈動噪聲、 渦流噪聲、氣缸的玄姆霍茲共振噪聲和進(jìn) 氣管的氣柱共振噪聲。 進(jìn)氣閥門開啟時，活塞由于上止點(diǎn)下行 吸氣，臨近活塞的氣體分子以同樣的速 度運(yùn)動，這樣在進(jìn)氣管內(nèi)產(chǎn)生一個壓力 脈沖，隨著活塞的繼續(xù)運(yùn)動，它受到阻尼； 當(dāng)進(jìn)氣門關(guān)閉時，同樣產(chǎn)生一個有一定持 續(xù)時間的壓力脈沖，于是產(chǎn)生了周期性的 噪聲脈沖噪聲，其噪聲頻率成分主要 集中在200Hz以下的低頻范圍。 同時，進(jìn)氣過程中的高速氣流流過進(jìn)氣門流 通截面時，會形成渦流噪聲，由于進(jìn)氣門流通截面是不斷變化的，渦流噪聲主要集中在1000-2000Hz之間的高頻范圍；,另外，如果進(jìn)氣管中空氣柱的固有頻

5、率與周期性進(jìn)氣噪聲的主要頻率一致時，會產(chǎn)生空氣柱共鳴，使進(jìn)氣管中的噪聲更加突出。 當(dāng)進(jìn)氣閥關(guān)閉時，也會引起發(fā)動機(jī)進(jìn)氣管道中空氣壓力和速度的波動，這種波動由氣門處以壓縮波和稀疏波的形式沿管道向遠(yuǎn)方傳播，并在管道開口端和關(guān)閉的氣閥之間產(chǎn)生多次反射，產(chǎn)生波動噪聲。 進(jìn)氣噪聲與發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣方式、進(jìn)氣門結(jié)構(gòu)、缸徑、凸輪型線等設(shè)計(jì)因素有關(guān)，對同一臺發(fā)動機(jī)來說，受轉(zhuǎn)速影響最大， 轉(zhuǎn)速提高一倍，進(jìn)氣噪聲可以提高101 5dB(A),進(jìn)氣空氣動力噪聲（與發(fā)動機(jī)點(diǎn)火頻率相同）,n:轉(zhuǎn)速 z:發(fā)動機(jī)缸數(shù) i: 發(fā)動機(jī)沖程系數(shù)（四沖程為2） k:諧波次數(shù)（階次數(shù)） f: 噪聲頻率,2、燃燒和撞擊聲： 頻率1000以上

6、（大約） 3、空氣摩擦噪聲： 頻率8001000Hz以上（大約）,三、進(jìn)氣噪聲的控制 1.噪聲的控制 所有的噪聲問題基本上都可以分為三部分：聲源傳播途徑接收者。 因此，一般噪聲控制技術(shù)都是分為三部分來考慮。首先是降低聲源的噪聲，如果做不到，或都能做到卻又不經(jīng)濟(jì)，則考慮從傳播途徑中來降低。如上述方案仍然達(dá)到要求或不經(jīng)濟(jì)則可考慮接收者的個人防護(hù)。 (1)聲源控制 降低聲源本身的噪聲是治本的方法 (2)噪聲傳播途徑控制 (a)吸聲：主要利用吸聲材料或吸收結(jié)構(gòu)來吸收聲能。 (b)隔聲：用屏蔽物將聲音擋住，隔離開來，是控制噪聲最有效措施之一。 (c)消聲：消聲就是利用消聲器來降低空氣中聲的傳播。 (3)

7、個人防護(hù)(護(hù)耳器),2.進(jìn)氣噪聲的控制 2.1聲源控制 2.1.1合理的設(shè)計(jì)和選用空氣濾清器?？諡V是發(fā)動機(jī)有效的進(jìn)氣消聲器，空濾所占的體積可作為膨脹性消聲器的膨脹腔，濾清器的容積達(dá)到發(fā)動機(jī)容積的五倍以上，就能達(dá)到良好的消音效果， 一般來說，容積越大消音效果就越好。但受前倉空間的限制，空濾不可 能做的非常大，因此消音效果受到限制。 空濾的濾芯是阻性消聲器良好的吸聲材料。 合理設(shè)計(jì)進(jìn)氣管道和氣缸蓋進(jìn)氣通道，減少進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)壓力脈動的強(qiáng)度和氣門通道處的渦流強(qiáng)度。 導(dǎo)流管進(jìn)氣管探入空濾器本體內(nèi)，配合空濾本體內(nèi)氣道設(shè)計(jì)來消除噪聲。 空氣濾清器相當(dāng)于一個擴(kuò)張消音器，影響其傳遞損失的因素有兩個：擴(kuò) 張比m和濾

8、清器的長度L。 擴(kuò)張比越大越好，有兩種辦法提高擴(kuò)張比：一是減小管道的尺寸，二是 增加濾清器的截面積。減小管道尺寸會使得功率損失增加，而增加濾清 器的截面積又受到安裝空間的限制。將進(jìn)入管和輸出管插入到濾清器中 也可以提高濾清器的傳遞損失。,傳遞損失可以用以下公式來表達(dá)：,假設(shè)只考慮進(jìn)入管插入即 這時的傳遞損失簡化為：,管道插入后，傳遞損失增加，而且在某個頻率處出現(xiàn)了一個峰值，當(dāng),時傳遞損失達(dá)到最大值，對應(yīng)的頻率為,即,插入長度正好是波長的四分之一，也就是說進(jìn)入管插入到濾清器中后，就相當(dāng)于在系統(tǒng)中加入了一個四分之一波長管，利用這個插入管，就可以調(diào)節(jié)某些頻率下的傳遞損失。 插入管大大地提高了插入損失

9、，但是濾清器內(nèi)有過濾網(wǎng)，這樣插入長度往往受到限制。另一方面，插入管會帶來較大的功率損失，其損失值比減小管道直徑帶來的損失還要大。所以是否采用這種插入管，要權(quán)衡傳遞損失和功率損失。,一般來說，減小空濾進(jìn)氣管的截面積有顯著的降噪效果； 增加進(jìn)氣管長度能夠降低低速噪聲，但同時中高速噪聲會有較多的增大； 減小空濾出氣管的面積，對進(jìn)氣噪聲的降低效果不是很明顯，反而影響到發(fā)動機(jī)的充氣效率有較大波動； 2.1.2 引進(jìn)消聲措施。 主要是增加赫爾姆茲消音器（諧振腔）和四分之一波長管。 赫爾姆茲消音器一般是用來消除低頻噪聲，而四分之一波 長管用來消除高頻噪聲。如果要用四分之一波長管來消除低頻噪聲， 那么波長管必

10、須做得很長，但是太長的管道很難安裝。 這兩種消音器的目的都是消除窄頻帶的噪聲，但是赫爾姆茲消音器的消音頻 帶比四分之一波長管要寬，所以赫爾姆茲消音器比四分之一波長管顯 得更重要。 進(jìn)氣系統(tǒng)中，低頻噪聲成分往往非常大，而控制低頻要采用赫爾姆茲消 音器。所以在汽車設(shè)計(jì)初期，要盡可能地給進(jìn)氣系統(tǒng)留出較大空間，以 便安裝赫爾姆茲消音器，一般來講赫爾姆茲消音器不能安裝在空氣濾清 器上。,諧振腔式消聲器諧振頻率計(jì)算公式(如下圖)： 其中：C-為空氣中的音速 L-接管長度 S-接管平均斷面積 V-諧振腔的容積 f-諧振頻率,f= (C/2)*(S/(L*V)1/2,四分之一波長管 四分之一波長管是安裝在主管

11、道上的一個封閉的管子，如下面圖所示。 聲波從主管道進(jìn)入旁支管后，聲波被封閉端反射回到主管，某些頻率 的聲波與主管中同樣頻率的聲波由于相位相反而相互抵消，從而達(dá)到 消音目的。,這個旁支管的傳遞損失為： 式中L是四分之一波長管的長度，而m是主管截面積與波長管截面積的比值 當(dāng) （n=1,2,3）時，傳遞損失達(dá)到最大,旁支管長為： 四分之一波長管共振的頻率為：,旁支管的頻率只取決于管道的長度，管道越長，頻率越低。從上式知道，影響四分之一波長管傳遞損失的參數(shù)有兩個，一個是旁支管的截面積與主管截面積的比值m，另一個是波長管的長度。 四分之一波長管的一端是開口的，一端是封閉的，在開口處的聲波會象活塞一樣運(yùn)動

12、，存在輻射聲阻抗，因此管道的實(shí)際工作長度增加，需要對開口端進(jìn)行修正。對四分之一波長管來說，主管的管壁相當(dāng)于法蘭，於是四分之一波長管的實(shí)際長度應(yīng)該為： 式中 和 分別是實(shí)際長度和計(jì)算長度，修正頻率為：,進(jìn)氣噪聲的優(yōu)化,進(jìn)氣噪聲的測量及主觀評價 噪聲頻譜分析 確定進(jìn)氣噪聲產(chǎn)生的原因（多種） 布置諧振腔或1/4波長管 樣件準(zhǔn)備及驗(yàn)證試驗(yàn) 布置確認(rèn)及工裝樣件開發(fā),TURBO NOISE DAMPER,DUCT WITH INTEGRATED RESONATOR OR WAVE,COMPLETE LINE WITH RESONATOR 而國內(nèi)自主品牌大多處在樣車試驗(yàn)改進(jìn)(通常與國外試驗(yàn)咨詢公司合作)階段

13、,CAE能力及其與試驗(yàn)的糅合仍需加強(qiáng).其他企業(yè)的現(xiàn)狀如下： 上汽同濟(jì)噪聲與振動工程中心 同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院的NVH實(shí)驗(yàn)室硬件一流,且比較完備.其消聲室(帶低噪聲轉(zhuǎn)轂)為遠(yuǎn)東最大,達(dá)到1200m3,混響室為268m3,測試系統(tǒng)為LMS等主流設(shè)備. 一汽 一汽的NVH試驗(yàn)?zāi)芰^早就已建立。其中噪聲試驗(yàn)室是按國際標(biāo)準(zhǔn)所建，包括：整車噪聲試驗(yàn)室；動力總成噪聲試驗(yàn)室。其中整車噪聲試驗(yàn)室為半消聲室，可以進(jìn)行整備質(zhì)量50012000kg，軸距在2.2m-6.5m范圍的各類轎車、輕型車、中型卡車、廂式車、大客車等車型的車外、車內(nèi)噪聲試驗(yàn) 奇瑞 常規(guī)的NVH試驗(yàn)工程及研究與合肥工業(yè)大學(xué)的噪聲振動實(shí)驗(yàn)室（實(shí)驗(yàn)室為安

14、徽省汽車重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，主任顧鐳為奇瑞汽車研究院副院長，曾分管汽車研究院計(jì)算機(jī)仿真與試驗(yàn)中心）合作。 而針對部分產(chǎn)品的NVH性能提升，主要通過與國外試驗(yàn)咨詢公司合作的方式來完成。如：通過與意大利Prototipo試驗(yàn)公司的合作，針對東方之子與新旗云等車型的NVH方面多個小項(xiàng)目進(jìn)行改進(jìn)，提升產(chǎn)品競爭力的同時也大大提高了技術(shù)人員的水平。奇瑞已具有4套LMS的振動噪聲測試系統(tǒng)等主流設(shè)備,成立了NVH科室,CAE方面有專門NVH分析人員.,結(jié)束語 NVH問題是系統(tǒng)性的。例如有些轎車行駛時車廂噪聲大，查源頭在發(fā)動機(jī)，那么這一個噪聲問題可能就涉及到很多部分： 發(fā)動本身的噪聲大 進(jìn)排氣噪聲過大 發(fā)動機(jī)懸置部件減振效果差 車廂前圍和地板隔音技術(shù)不好 這是一個互相關(guān)連的系統(tǒng)問題。當(dāng)遇到車廂噪聲大時，人們一般考慮加強(qiáng)車廂隔音技術(shù)和材料，而對真正的噪聲發(fā)生源-發(fā)動機(jī)則是無能為力，這只能是“亡羊補(bǔ)牢”，無法從根本上解決問題。而 運(yùn)用NVH解決方案，就會涉及