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發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣系統噪聲優(yōu)化
引導語(yǔ)：下面小編整理出來(lái)的關(guān)于發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣系統噪聲優(yōu)化一些介紹以及資料，希望針對在學(xué)習模具設計這一塊的小伙伴們，都能用得上哦!
1 前言
現在NVH(噪聲、振動(dòng)與舒適性)性能已經(jīng)成為評價(jià)汽車(chē)品質(zhì)的一個(gè)重要指標。各大整車(chē)廠(chǎng)都致力于通過(guò)提高汽車(chē)的NVH 性能來(lái)提升其品牌價(jià)值與市場(chǎng)競爭力。同時(shí)，隨著(zhù)人們對噪聲污染的不斷重視，針對汽車(chē)噪聲的法規也不斷嚴格 。進(jìn)氣噪聲作為汽車(chē)的一個(gè)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(chǎng)需求，快速反應，設計出滿(mǎn)足要求的進(jìn)氣系統。運用現代的CAE技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)氣系統勢在必行。
本文闡述了一款自吸發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣系統噪聲的優(yōu)化過(guò)程。在該過(guò)程中運用CAE技術(shù)，分析了整個(gè)進(jìn)氣系統(包括進(jìn)氣歧管在內)的聲場(chǎng)特性，發(fā)現原進(jìn)氣系統在降噪作用方面的缺陷。通過(guò)計算分析，合理設計、布置消聲單元，禰補了原進(jìn)氣系統在降噪方面的不足。
2 發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣系統噪聲源及降噪措施
2.1 發(fā)動(dòng)機進(jìn)氣系統噪聲源
發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣系統是一個(gè)非常復雜的噪聲源，包含各種類(lèi)型的噪聲，每種噪聲產(chǎn)生的機理也各不相同。因此，對進(jìn)氣系統噪聲進(jìn)行優(yōu)化首先要明確各個(gè)噪聲源產(chǎn)生的原因，并確定各個(gè)噪聲源的貢獻量，再有針對性地解決噪聲問(wèn)題。
進(jìn)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(lèi)。
空氣噪聲包括脈動(dòng)噪聲和流體噪聲。脈動(dòng)噪聲是由進(jìn)氣門(mén)的周期性開(kāi)、閉而產(chǎn)生的壓力起伏變化所形成的 。這部分噪聲主要影響進(jìn)氣系統低頻噪聲特性。另外如果進(jìn)氣管的空氣柱的固有頻率與周期性脈動(dòng)噪聲的主要頻率一致時(shí)，會(huì )產(chǎn)生空氣柱的共鳴聲。此外由于進(jìn)氣口和前側板之間可能形成一個(gè)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(jìn)氣門(mén)流通截面，形成渦流，產(chǎn)生的高頻噪聲。由于進(jìn)氣門(mén)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(mén)體處有時(shí)也會(huì )產(chǎn)生渦流噪聲。
進(jìn)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(chǎn)生振動(dòng)，外表面推動(dòng)空氣產(chǎn)生波動(dòng)，從而輻射出噪聲。這里所說(shuō)的內部壓力波實(shí)際上就是殼體內部的聲波 。
2.2 發(fā)動(dòng)機進(jìn)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(jìn)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�？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�？諡V器的進(jìn)氣管和出氣管有時(shí)會(huì )插入到空濾器中，插入的長(cháng)度對傳遞損失有影響，不同的插入長(cháng)度都能夠提高空濾器的傳遞損失，但插入管會(huì )帶來(lái)較大的功率損失，其功率損失要比減小管道截面積帶來(lái)的損失還要大 。
2)確定空濾器進(jìn)出管的管徑和長(cháng)度。減小空濾器進(jìn)、出管管徑，增大擴張比，對降低噪聲有好處，但是會(huì )增加進(jìn)氣系統的壓力損失，降低發(fā)動(dòng)機的進(jìn)氣量，影響發(fā)動(dòng)機的性能。進(jìn)氣管的長(cháng)度的會(huì )影響到空氣濾清器的有效消聲頻率，隨著(zhù)進(jìn)氣管長(cháng)度的增加，空氣濾清器有效消聲頻率將移向低頻，所設計時(shí)根據需要合理確定進(jìn)、出氣管的長(cháng)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(cháng)管、1/2波長(cháng)管等。赫姆霍茲消聲器一般是針對低頻的，1/4波長(cháng)管一般用來(lái)消除高頻噪聲。
4)特殊的消聲措施。當發(fā)動(dòng)機機艙空間不能滿(mǎn)足布置消聲單元要求時(shí)，可以考慮使用特殊的消聲措施，如采用進(jìn)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(tài)高聲壓集中區域布置多孔吸聲材料。
3 原進(jìn)氣系統聲源識別及根源探究
為了準確識別進(jìn)氣系統的噪聲源，同時(shí)測試了進(jìn)氣口噪聲和空氣濾清器殼體輻射噪聲。對比發(fā)現進(jìn)氣口噪聲占主要成分。從圖1可以看出，總聲壓級線(xiàn)性度差，而且比設定的進(jìn)氣口噪聲目標高出許多。二階噪聲在1900轉時(shí)存在峰值，四階噪聲在4000轉時(shí)存在峰值，六階噪聲在2636轉時(shí)存在峰值，八階噪聲在2000轉時(shí)存在峰值。除二級噪聲外，其它這幾個(gè)峰值對應的頻率基本一致。二階噪聲在63Hz處的峰值，造成了車(chē)內的共鳴聲。
4 進(jìn)氣系統優(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(shí)根據空間布置要求，設計了一個(gè)3L的赫姆霍茲共振器。設計赫姆霍茲共振腔的關(guān)鍵是選對安裝位置。不恰當的安裝位置往往起不到應有的作用。按照相關(guān)的噪聲理論，赫姆霍茲共振器應布置在聲壓最大的區域。從圖3中可以看出，聲壓最大的區域是在進(jìn)氣歧管上。在這里布置赫姆霍茲消聲器是不現實(shí)的。實(shí)際最優(yōu)位置應在進(jìn)氣管的進(jìn)口處。在設計赫姆霍茲共振腔時(shí)，還要考慮到進(jìn)氣系統的溫度與流速對當地聲速的影響。流速對聲速的影響比較重要。在轉速低工況時(shí)，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(cháng)管
針對260Hz左右存在的谷帶，設計了一個(gè)1/4波長(cháng)管。與設計赫姆霍茲共振腔一樣，設計1/4波長(cháng)管時(shí)，首先要考慮的是安裝位置(見(jiàn)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別的地方是1/4波長(cháng)管要在三個(gè)不同轉速下都能起到降噪的作用。而且這三個(gè)轉速跨度比較大，從2000rmp到4000rmp。進(jìn)氣流速大致從10m/s到21m/s。添加1/4波長(cháng)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(jìn)行測試驗證。二階噪聲在1900rmp時(shí)的峰值從100dB(A)下降到94 dB(A)，四階噪聲在4000rmp時(shí)的峰值從102dB(A)下降到87dB(A)，六階噪聲在2636rmp時(shí)的峰值從93dB(A)下降到73dB(A)，八階噪聲在2000rmp時(shí)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(jìn)氣系統噪聲優(yōu)化時(shí)，要明確產(chǎn)生噪聲問(wèn)題的根源，才能有針對性的提出解決問(wèn)題的方案;
2)計算進(jìn)氣系統的聲場(chǎng)性質(zhì)時(shí)，最好是將進(jìn)氣歧管包含在內一起計算，這樣可以更全面地考察進(jìn)氣系統的聲場(chǎng)性質(zhì)，發(fā)現進(jìn)氣噪聲傳遞路徑上的缺陷，提出改進(jìn)措施;
3)在進(jìn)氣系統優(yōu)化時(shí)，要清楚各個(gè)消聲單元的作用和消聲原理，同時(shí)也要綜合考慮到消聲措施對發(fā)動(dòng)機性能的影響，以及產(chǎn)生其它噪聲的可能因素。
4)Sysnoise聲學(xué)軟機能夠精確模擬進(jìn)氣系統的聲場(chǎng)性質(zhì)，滿(mǎn)足設計要求，加快了開(kāi)發(fā)程，節約了開(kāi)發(fā)成本，成為進(jìn)氣優(yōu)化設計的一種重要工具。
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