發動機進氣系統噪聲優化
加入技術交流群
現在NVH（噪聲、振動與舒適性）性能已經成為評價汽車品質的一個重要指標。各大整車廠都致力于通過提高汽車的NVH 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也不斷嚴格[1] 。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。而傳統的設計手段已不能針對市場需求，快速反應，設計出滿足要求的進氣系統。運用現代的CAE 技術開發進氣系統勢在必行。
本文闡述了一款自吸發動機進氣系統噪聲的優化過程。在該過程中運用CAE 技術，分析了整個進氣系統（包括進氣歧管在內）的聲場特性，發現原進氣系統在降噪作用方面的缺陷。通過計算分析，合理設計、布置消聲單元，禰補了原進氣系統在降噪方面的不足。
2，發動機進氣系統噪聲源及降噪措施
2．1 發動機進氣系統噪聲源
發動機的進氣系統是一個非常復雜的噪聲源，包含各種類型的噪聲，每種噪聲產生的機理也各不相同。因此，對進氣系統噪聲進行優化首先要明確各個噪聲源產生的原因，并確定各個噪聲源的貢獻量，再有針對性地解決噪聲問題。
進氣系統噪聲從總體上可以分為空氣噪聲和結構噪聲兩大類。
空氣噪聲包括脈動噪聲和流體噪聲。脈動噪聲是由進氣門的周期性開、閉而產生的壓力起伏變化所形成的[2] 。這部分噪聲主要影響進氣系統低頻噪聲特性。另外如果進氣管的空氣柱的固有頻率與周期性脈動噪聲的主要頻率一致時，會產生空氣柱的共鳴聲。此外由于進氣口和前側板之間可能形成一個共鳴腔，可能產生額外的共鳴噪聲[3] 。流體噪聲是氣流以高速流經進氣門流通截面，形成渦流，產生的高頻噪聲。由于進氣門流通截面是不斷變化的，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。此外在節氣門體處有時也會產生渦流噪聲。
進氣系統結構輻射噪聲，是由于塑料殼體較小的剛度特性造成的，在內部壓力波的激勵下，殼體產生振動，外表面推動空氣產生波動，從而輻射出噪聲。這里所說的內部壓力波實際上就是殼體內部的聲波[4] 。
2．2 發動機進氣系統的降噪措施
流體噪聲和結構噪聲處理的方法相對比較單一，而且往往不是進氣系統的主要噪聲。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。根據安裝空間設計空氣濾清器本體。空氣濾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[5] 。
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的壓力損失，降低發動機的進氣量，影響發動機的性能。進氣管的長度的會影響到空氣濾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，取得消聲效果。在空氣濾清器模態高聲壓集中區域布置多孔吸聲材料。
3 原進氣系統聲源識別及根源探究
為了準確識別進氣系統的噪聲源，同時測試了進氣口噪聲和空氣濾清器殼體輻射噪聲。對比發現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轉時存在峰值，四階噪聲在4000 轉時存在峰值，六階噪聲在2636 轉時存在峰值，八階噪聲在2000 轉時存在峰值。除二級噪聲外，其它這幾個峰值對應的頻率基本一致(見表1)。二階噪聲在63Hz 處的峰值，造成了車內的共鳴聲。
圖1 進氣口噪聲
表1 各階噪聲峰值對應的轉速和頻率
評論