1 前言

汽車NVH性能開發(fā)技術是汽車設計開發(fā)的核心技術之一，近十年來，國內(nèi)自主研發(fā)的汽車公司才逐步重視和加強汽車NVH開發(fā)的投入，已成為國內(nèi)汽車技術發(fā)展的熱門領域，但與目前世界一流公司之間存在巨大的差距。一方面，汽車NVH性能涉及到各國家的強制法規(guī)，同時，市場用戶對汽車舒適性的要求也日益增加，直接關系到汽車產(chǎn)品的品質(zhì)和市場銷量。所以，NVH性能對于汽車產(chǎn)品的市場競爭力具有重要意義，也是汽車品牌形象和主機廠開發(fā)水平的重要標識。通常，大多數(shù)汽車主機廠對于怠速、加/減速和勻速等工況的穩(wěn)態(tài)或準穩(wěn)態(tài)振動噪聲控制的研究較多，其開發(fā)技術流程規(guī)范和經(jīng)驗也較成熟。但對于汽車的瞬態(tài)NVH性能，比如急加/減速的振動噪聲、車門開閉聲品質(zhì)、啟動/熄火聲品質(zhì)等，其機理通常都較復雜，涉及到的相關零部件或系統(tǒng)較多，所以常常成為汽車NVH開發(fā)中的難點[1]。其中，節(jié)氣門嘯叫問題是汽車瞬態(tài)NVH性能中比較突出和典型的現(xiàn)象，如果進氣結構和發(fā)動機電噴控制等設計不當，節(jié)氣門開啟時的高速氣流會產(chǎn)生明顯的氣流嘯叫，急踩油門時車內(nèi)可聽到較明顯的“哧哧”異響，引起市場用戶的投訴。

2 節(jié)氣門嘯叫的機理分析和控制方法

當節(jié)氣門開啟，節(jié)氣門閥片繞中間銷軸旋轉在一定角度時，其閥片后部的上邊緣與下邊緣處都會產(chǎn)生高流速的渦流，當來自閥片上邊緣與下邊緣的湍流交匯時，就會產(chǎn)生強烈的壓力波動，從而產(chǎn)生節(jié)氣門的流噪聲，即節(jié)氣門嘯叫，因此，節(jié)氣門嘯叫是自然吸氣發(fā)動機都普遍存在的問題。并且，可以利用CFD進行有效地分析和預測[2]。

近年來，與傳統(tǒng)的金屬進氣歧管相比，由于塑料進氣歧管的重量輕，產(chǎn)品一致性好，大批量生產(chǎn)的成本較低、進氣溫度較低，因而廣泛地應用于各類車用發(fā)動機的設計。但是塑料材料密度低，其對進氣系統(tǒng)內(nèi)噪聲的隔聲性能遠低于金屬歧管，根據(jù)隔聲能力的質(zhì)量效應，根據(jù)衡量隔聲水平的傳遞損失質(zhì)量定理，與常用的鋁質(zhì)進氣歧管相比，塑料進氣歧管的隔聲水平要低約6分貝。所以，對于節(jié)氣門快速開啟時的節(jié)氣門嘯叫，搭載塑料進氣歧管的發(fā)動機車輛更容易被車內(nèi)駕乘人員所感知，并引起用戶抱怨和投訴。

基于節(jié)氣門嘯叫的機理，一般工程上可采用改進進氣系統(tǒng)結構以降低湍流、優(yōu)化電噴或配氣機構控制以降低節(jié)氣門閥片的流速、提高車身隔吸聲的性能以降低車內(nèi)噪聲靈敏度等三種主要途徑，降低車內(nèi)的節(jié)氣門噪聲。

（1）減小湍流：工程上常用的方法有兩類，一類是在節(jié)氣門體與歧管直接布置導流或擾流裝置，其中各式各樣的導流板、導流鑲片和擾流罩層出不窮，結構形式也花樣眾多，可借助于CFD分析工具進行比較和優(yōu)化進氣流場；另一類是優(yōu)化進氣歧管的結構設計，可通過對薄壁殼結構的曲率優(yōu)化、加筋或倒角優(yōu)化等方法，改善歧管的氣動性能，降低氣流噪聲。[9-10]

（2）電噴優(yōu)化：可以優(yōu)化配氣相位來減小進氣的壓差，或優(yōu)化電子節(jié)氣門的控制匹配以降低氣門閥片的流速、或者通過優(yōu)化電噴匹配以減小節(jié)氣門開啟到發(fā)動機轉速上升的時間延遲，利用發(fā)動機噪聲掩蓋節(jié)氣門嘯叫。

（3）提高車身的聲學性能：一般通過提高車身密封性和選用較好聲學性能的內(nèi)外飾材料提高車內(nèi)到發(fā)動機艙的聲學傳遞損失指標。

3 案例分析

某搭載塑料進氣歧管發(fā)動機的小排量轎車開發(fā)過程中，在工裝車調(diào)試階段時，怠速或勻速行駛工況在急踩油門時，車內(nèi)會明顯感受到節(jié)氣門發(fā)出“哧哧”的嘯叫聲，并且發(fā)動機的加速噪聲滯后于節(jié)氣門噪聲產(chǎn)生的時間，因而，嚴重影響地了整車加速噪聲的品質(zhì)。

利用LMS的SCADAS數(shù)采系統(tǒng)，在發(fā)動機艙的節(jié)氣門上方10cm處和車內(nèi)駕駛員位置布置麥克風，在怠速急加油工況進行噪聲對比測試，并且同時采集進氣歧管壓力傳感器、進氣歧管溫度傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、凸輪軸位置傳感器、曲軸位置傳感器、噴油器傳感器、點火輸入/輸出等動力總成電控系統(tǒng)的信號，以分析節(jié)氣門嘯叫問題的產(chǎn)生和傳遞機理，便于快速有效地得到工程整改措施。

從車內(nèi)/外噪聲測試的瀑布圖1上，可得出：

（1） 從頻譜上，節(jié)氣門嘯叫為寬頻帶噪聲；

（2） 從時域上，發(fā)動機噪聲比節(jié)氣門噪聲滯后Δt,約0.1秒；

（3） 節(jié)氣門嘯叫經(jīng)車身的隔吸聲作用后，則傳遞到車內(nèi)的噪聲主要集中在1000Hz頻率以內(nèi)，正好在人耳的聲音敏感頻率范圍之中，所以被駕乘人員感知和引起抱怨。

圖1 節(jié)氣門嘯叫噪聲測試

本文引用地址：http://cqxgywz.com/article/201612/332230.htm從節(jié)氣門開度、發(fā)動機轉速和聲壓信號測試數(shù)據(jù)圖2的對比分析，發(fā)現(xiàn)在怠速工況下的節(jié)氣門快速開啟后，發(fā)動機轉速并沒有快速跟隨上升，反而在下降了50rpm之后才開始上升。所以，發(fā)動機轉速的瞬時降低使節(jié)氣門噪聲與發(fā)動機噪聲之間的差異更加明顯，而無法完全掩蓋其節(jié)氣門嘯叫，使得節(jié)氣門嘯叫更容易被辨識或感知。所以，借助于EMS的標定系統(tǒng)工具，對該工裝車的電噴標定參數(shù)和噴油系統(tǒng)匹配進行排查，并且對噴油脈寬、轉速、進氣壓力、空燃比、節(jié)氣門位置和點火提前角等信號進行對比分析。節(jié)氣門的進氣階段，節(jié)氣門閥片壓差在600～900pa范圍為正常，但缸內(nèi)的二次噴油脈寬不正常。經(jīng)重新匹配標定了急加速工況的二次噴油參數(shù)，解決了轉速瞬時下降問題。

圖2 節(jié)氣門的參數(shù)測試對比

另外，在節(jié)氣門體與塑料進氣歧管間增加結構形式如圖5所示的導流板，以降低節(jié)氣門快速開啟時閥片后部的氣動紊流，以減小急踩油門時節(jié)氣門的流噪聲。并利用計算流體力學（CFD）分析技術,優(yōu)化導流板的片數(shù)、縫隙間隔、厚度、布置角度等結構參數(shù)，最優(yōu)化設計出流體性能最佳的節(jié)氣門導流板。并且，利用有限元（FEA）對導流板進行結構剛度分析，保證其設計達到一階模態(tài)在1500赫茲以上的結構剛度，并必須通過發(fā)動機臺架的耐久強度試驗。通常，導流板采用與進氣歧管相同的材料，以保證其良好的密封性、鑄造精度、一致性和成本等性能。但是，在節(jié)氣門體與進氣歧管之間增加的導流板可能會影響發(fā)動機的進氣性能，通過發(fā)動機臺架的性能測試驗證，并未降低發(fā)動機的扭矩、功率和油耗等關鍵性能指標。

圖3 節(jié)氣門導流板的CFD 性能對比分析

為了提高發(fā)動機艙到車內(nèi)的隔吸聲水平，降低車內(nèi)對節(jié)氣門噪聲的靈敏度，對前壁板內(nèi)外的隔音材料都提高了其聲學性能，發(fā)動機艙內(nèi)的前壁板隔熱墊內(nèi)增加了PVC夾層，駕駛室內(nèi)的前壁板隔音墊內(nèi)增加其EVA質(zhì)量層的厚度。同時，加強了對車身密封性的控制，通過增加前壁板的涂膠量、增加前壁板上線束過孔的密封膠套或海綿厚度和增加車身空腔阻隔材料等措施，進一步提高車身的隔吸聲水平。

通過加強電噴匹配、增加導流板、提高前壁板聲學包裝性能和加強車身密封性的四項優(yōu)化措施，經(jīng)裝車實施后飛主觀評價，節(jié)氣門嘯叫顯著降低，大大降低了市場用戶的投訴風險，并顯著提高了該車的加速噪聲品質(zhì)。

4 結語

本文論述了節(jié)氣門嘯叫的產(chǎn)生機理和工程控制方法，并以某轎車開發(fā)中的工程案例，利用LMS的SCADAS數(shù)采系統(tǒng)進行噪聲機理分析和電噴問題排查，并通過CFD分析和優(yōu)化導流板的結構參數(shù)設計。通過優(yōu)化電噴匹配、增加導流板、提高前壁板聲學包裝性能等措施，解決了該轎車急踩油門時節(jié)氣門的嘯叫問題，降低了產(chǎn)品的市場用戶投訴風險，大大提高整車的加速噪聲品質(zhì)，并有助于深入提高對汽車瞬態(tài)NVH性能開發(fā)的認識和水平。