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發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化
引導(dǎo)語：下面小編整理出來的關(guān)于發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化一些介紹以及資料，希望針對在學(xué)習(xí)模具設(shè)計這一塊的小伙伴們，都能用得上哦!
1 前言
現(xiàn)在NVH(噪聲、振動與舒適性)性能已經(jīng)成為評價汽車品質(zhì)的一個重要指標(biāo)。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(guī)也不斷嚴(yán)格 。進(jìn)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(shè)計手段已不能針對市場需求，快速反應(yīng)，設(shè)計出滿足要求的進(jìn)氣系統(tǒng)。運(yùn)用現(xiàn)代的CAE技術(shù)開發(fā)進(jìn)氣系統(tǒng)勢在必行。
本文闡述了一款自吸發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲的優(yōu)化過程。在該過程中運(yùn)用CAE技術(shù)，分析了整個進(jìn)氣系統(tǒng)(包括進(jìn)氣歧管在內(nèi))的聲場特性，發(fā)現(xiàn)原進(jìn)氣系統(tǒng)在降噪作用方面的缺陷。通過計算分析，合理設(shè)計、布置消聲單元，禰補(bǔ)了原進(jìn)氣系統(tǒng)在降噪方面的不足。
2 發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲源及降噪措施
2.1 發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲源
發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的噪聲源，包含各種類型的噪聲，每種噪聲產(chǎn)生的機(jī)理也各不相同。因此，對進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲進(jìn)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貢獻(xiàn)量，再有針對性地解決噪聲問題。
進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲從總體上可以分為空氣噪聲和結(jié)構(gòu)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(jìn)氣門的周期性開、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(tǒng)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(jìn)氣口和前側(cè)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(jìn)氣門流通截面，形成渦流，產(chǎn)生的高頻噪聲。由于進(jìn)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(jié)氣門體處有時也會產(chǎn)生渦流噪聲。
進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輻射噪聲，是由于塑料殼體較小的剛度特性造成的，在內(nèi)部壓力波的激勵下，殼體產(chǎn)生振動，外表面推動空氣產(chǎn)生波動，從而輻射出噪聲。這里所說的內(nèi)部壓力波實(shí)際上就是殼體內(nèi)部的聲波 。
2.2 發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的降噪措施
流體噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲處理的方法相對比較單一，而且往往不是進(jìn)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(shè)計空氣濾清器。根據(jù)安裝空間設(shè)計空氣濾清器本體。空氣濾清器容積應(yīng)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(jìn)出管的管徑和長度。減小空濾器進(jìn)、出管管徑，增大擴(kuò)張比，對降低噪聲有好處，但是會增加進(jìn)氣系統(tǒng)的壓力損失，降低發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，影響發(fā)動機(jī)的性能。進(jìn)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(jìn)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(shè)計時根據(jù)需要合理確定進(jìn)、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(dāng)發(fā)動機(jī)機(jī)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(jìn)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(jìn)氣系統(tǒng)聲源識別及根源探究
為了準(zhǔn)確識別進(jìn)氣系統(tǒng)的噪聲源，同時測試了進(jìn)氣口噪聲和空氣濾清器殼體輻射噪聲。對比發(fā)現(xiàn)進(jìn)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(shè)定的進(jìn)氣口噪聲目標(biāo)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(yīng)的頻率基本一致。二階噪聲在63Hz處的峰值，造成了車內(nèi)的共鳴聲。
4 進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計
4.1 設(shè)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(shè)計了一個3L的赫姆霍茲共振器。設(shè)計赫姆霍茲共振腔的關(guān)鍵是選對安裝位置。不恰當(dāng)?shù)陌惭b位置往往起不到應(yīng)有的作用。按照相關(guān)的噪聲理論，赫姆霍茲共振器應(yīng)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(jìn)氣歧管上。在這里布置赫姆霍茲消聲器是不現(xiàn)實(shí)的。實(shí)際最優(yōu)位置應(yīng)在進(jìn)氣管的進(jìn)口處。在設(shè)計赫姆霍茲共振腔時，還要考慮到進(jìn)氣系統(tǒng)的溫度與流速對當(dāng)?shù)芈曀俚挠绊�。流速對聲速的影響比較重要。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(shè)計了一個1/4波長管。與設(shè)計赫姆霍茲共振腔一樣，設(shè)計1/4波長管時，首先要考慮的是安裝位置(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波長管后，在260Hz左右處的傳遞損失得到很大改善。
4.3 試驗(yàn)驗(yàn)證
為了驗(yàn)證優(yōu)化效果，我們制作了快速樣件，進(jìn)行測試驗(yàn)證。二階噪聲在1900rmp時的峰值從100dB(A)下降到94 dB(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(jié)
1)在進(jìn)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(jìn)氣系統(tǒng)的聲場性質(zhì)時，最好是將進(jìn)氣歧管包含在內(nèi)一起計算，這樣可以更全面地考察進(jìn)氣系統(tǒng)的聲場性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)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(tǒng)優(yōu)化時，要清楚各個消聲單元的作用和消聲原理，同時也要綜合考慮到消聲措施對發(fā)動機(jī)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(jī)能夠精確模擬進(jìn)氣系統(tǒng)的聲場性質(zhì)，滿足設(shè)計要求，加快了開發(fā)程，節(jié)約了開發(fā)成本，成為進(jìn)氣優(yōu)化設(shè)計的一種重要工具。
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