發(fā)動機進氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化

1、發(fā)動機進氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化發(fā)動機進氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化1 前言現(xiàn)在NVH噪聲、振動與舒適性性能己經(jīng)成為評價汽車品質(zhì)的一個重要指標。各大整車廠都致力于通過提高汽車的 XVH性能來提升其品牌 價值與市場競爭力。同時，隨著人們對噪聲污染的不斷重視 , 針對汽車噪 聲的法規(guī)也不斷嚴格。進氣噪聲作為汽車的一個重要噪 聲源也得到了足 夠的重視。而傳統(tǒng)的設計手段己不能針對市場需求 , 快速反響，設計出滿 足要求的進氣系統(tǒng)。運用現(xiàn)代的 CAE技術開發(fā) 進氣系統(tǒng)勢在必行。本文闡述了一款自吸發(fā)動機進氣系統(tǒng)噪聲的優(yōu)化過程。 在該過程 中運 用CAE技術，分析了整個進氣系統(tǒng)包括進氣歧管在內(nèi)的聲場 特性， 發(fā)現(xiàn)原進氣系統(tǒng)在降噪作

2、用方面的缺陷。通過計算分析，合 理設計、布 置消聲單元，禰補了原進氣系統(tǒng)在降噪方面的缺乏。2 發(fā)動機進氣系統(tǒng)噪聲源及降噪措施2.1 發(fā)動機進氣系統(tǒng)噪聲源發(fā)動機的進氣系統(tǒng)是一個非常復雜的噪聲源，包含各種類型的噪 聲， 每種噪聲產(chǎn)生的機理也各不相同。因此，對進氣系統(tǒng)噪聲進行 優(yōu)化首先 要明確各個噪聲源產(chǎn)生的原因，并確定各個噪聲源的奉獻 量，再有針對 性地解決噪聲問題。進氣系統(tǒng)噪聲從總體上可以分為空氣噪聲和結構噪聲兩大類?？諝庠肼暟}動噪聲和流體噪聲。 脈動噪聲是由進氣門的周期 性開、 閉而產(chǎn)生的壓力起伏變化所形成的。這局部噪聲主要影響進 氣系統(tǒng)低頻 噪聲特性。另外如果進氣管的空氣柱的固有頻率與周

3、期 性脈動噪聲的主 要頻率一致時，會產(chǎn)生空氣柱的共鳴聲。此外由于 進氣口和前側板之間 可能形成一個共鳴腔，可能產(chǎn)生額外的共鳴噪 聲。流體噪聲是氣流以高 速流經(jīng)進氣門流通截面，形成渦流，產(chǎn)生 的高頻噪聲。由于進氣門流通 截而是不斷變化的，故這種噪聲具有 一定寬度的頻率分布，主要頻率成分在1000Hz以上。此外在節(jié)氣門體處有時也會產(chǎn)生渦流噪聲進氣系統(tǒng)結構輻射噪聲，是由于塑料殼體較小的剛度特性造成的 , 在 內(nèi)部壓力波的鼓勵下，殼體產(chǎn)生振動，外表而推動空氣產(chǎn)生波動 , 從而輻 射出噪聲。這里所說的內(nèi)部壓力波實際上就是殼體內(nèi)部的聲 波。2. 2 發(fā)動機進氣系統(tǒng)的降噪措施流體噪聲和結構噪聲處理的方法相比

4、照擬單一， 而且往往不是進 氣系 統(tǒng)的主要噪聲。這里主要探討低頻噪聲的降噪措施。1 ) 合理設計空氣濾清器。根據(jù)安裝空間設計空氣濾清器本體?？諝鉃V清器容積應該盡可能的大，這樣傳遞損失大而且覆蓋的頻帶寬。 空濾 器的進氣管和出氣管有時會插入到空濾器中，插入的長度對傳 遞損失有 影響，不同的插入長度都能夠提高空濾器的傳遞損失，但 插入管會帶來 較大的功率損失，其功率損失要比減小管道截面積帶 來的損失還要大。2) 確定空濾器進出管的管徑和長度。減小空濾器進、出管管徑，增大擴張比，對降低噪聲有好處，但是會增加進氣系統(tǒng)的壓力損失 , 降低發(fā) 動機的進氣量，影響發(fā)動機的性能。進氣管的長度的會影響 到空氣濾

5、清 器的有效消聲頻率，隨著進氣管長度的增加，空氣濾清 器有效消聲頻率 將移向低頻，所設計時根據(jù)需要合理確定進、出氣 管的長度也很重要。3) 合理使用消聲單元。常用的消聲單元有赫姆霍茲共振腔、 1/4 波 長管、 1/2 波長管等。赫姆霍茲消聲器一般是針對低頻的 ，1/4 波 長管一 般用來消除高頻噪聲。4) 特殊的消聲措施。當發(fā)動機機艙空間不能滿足布置消聲單元要求 時，可以考慮使用特殊的消聲措施，如采用進氣編織管，可以在 較寬的 范圍內(nèi)，取得消聲效果。在空氣濾清器模態(tài)高聲壓集中區(qū)域 布置多孔吸 聲材料。3 原進氣系統(tǒng)聲源識別及根源探究為了準確識別進氣系統(tǒng)的噪聲源， 同時測試了進氣口噪聲和空氣

6、濾清 器殼體輻射噪聲。比照發(fā)現(xiàn)進氣口噪聲占主要成分。從圖 1 可 以看出， 總聲壓級線性度差，而且比設定的進氣口噪聲目標高出許 多。二階噪聲 在 1900 轉(zhuǎn)時存在峰值，四階噪聲在 4000轉(zhuǎn)時存在峰 值，六階噪聲在 2636 轉(zhuǎn)時存在峰值，八階噪聲在 2000 轉(zhuǎn)時存在峰 值。除二級噪聲外，其它這 幾個峰值對應的頻率基木一致。二階噪 聲在63Hz處的峰值，造成了車內(nèi) 的共鳴聲。4 進氣系統(tǒng)優(yōu)化設計4.1 設計赫姆霍茲共振器為了消除二階噪聲在63Hz處噪聲峰值，同時根據(jù)空間布置要求，設計 了一個 3L 的赫姆霍茲共振器。設計赫姆霍茲共振腔的'關鍵是 選對安裝 位置。不恰當?shù)陌惭b位置往往

7、起不到應有的作用。 按照相 關的噪聲理論， 赫姆霍茲共振器應布置在聲壓最大的區(qū)域。從圖 3 中可以看出，聲壓最大 的區(qū)域是在進氣歧管上。在這里布置赫姆霍 茲消聲器是不現(xiàn)實的。實際 最優(yōu)位置應在進氣管的進口處。在設計 赫姆霍茲共振腔時，還要考慮到 進氣系統(tǒng)的溫度與流速對當?shù)芈曀?的影響。流速對聲速的影響比擬重要。 在轉(zhuǎn)速低工況時，流速較慢 , 對聲速影響相對較小。從圖 6 可以看出，添 加赫姆霍茲共振器后，在60Hz左右處的傳遞損失得到改善。4. 2 添加 1/4 波長管針對260Hz左右存在的谷帶，設計了一個1/4波長管。與設計赫姆霍 茲共振腔一樣， 設計 1/4 波長管時，首先要考慮的是安裝

8、位置 (見圖 7)。 其次還要考慮流速和溫度對聲速的影響。這里與赫姆霍 茲共振腔有區(qū)別 的地方是 1/4 波長管要在三個不同轉(zhuǎn)速下都能起到 降噪的作用。而且這 三個轉(zhuǎn)速跨度比擬大，從2000rmp到4000rmp,進氣流速大致從10m/s 到21m/s。添加1/4波長管后，在260Hz左右處的傳遞損失得到很大改善。4. 3 試驗驗證為了驗證優(yōu)化效果，我們制作了快速樣件，進行測試驗證。二階 噪聲 在1900rmp時的峰值從100dB(A)下降到94dB(A),四階噪聲在 4000rmp時 的峰值從102dB(A)下降到87dB(A),六階噪聲在2636rmp時的峰值從93dB (A)下降到73dB (A), 八階噪聲在2000rmp時的峰值 從90dB(A)下降到 73dB(A)，總聲壓級也得到很大改善5 總結1) 在進氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化時，要明確產(chǎn)生噪聲問題的根源，才能有 針對性的提出解決問題的方案；2) 計算進氣系統(tǒng)的聲場性質(zhì)時，最好是將進氣歧管包含在內(nèi)一起 計 算，這樣可以更全而地考察進氣系統(tǒng)的聲場性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)進氣噪聲 傳遞路 徑上的缺陷，提出改良措施；3) 在進氣系統(tǒng)優(yōu)