發(fā)動機進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化
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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[1] 。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)動機進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲的優(yōu)化過程。在該過程中運用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，禰補了原進(jìn)氣系統(tǒng)在降噪方面的不足。
2，發(fā)動機進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲源及降噪措施
2．1 發(fā)動機進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲源
發(fā)動機的進(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[2] 。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[3] 。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)部壓力波實際上就是殼體內(nèi)部的聲波[4] 。
2．2 發(fā)動機進(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?？諝鉃V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。空濾器的進(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[5] 。
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)動機的進(jìn)氣量，影響發(fā)動機的性能。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(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(見表1)。二階噪聲在63Hz 處的峰值，造成了車內(nèi)的共鳴聲。
圖1 進(jìn)氣口噪聲
表1 各階噪聲峰值對應(yīng)的轉(zhuǎn)速和頻率
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