基于GT－POWER 的捷達轎車進氣噪聲仿真研究

李金庫，王 治，趙 天，許建輝

(1.黑龍江工程學院;2.哈爾濱東安汽車動力股份有限公司)

1 GT－Power 軟件一般模型的建立與操作

1.1 建立模型操作步驟

按照啟動GT－ISE 模型，創建新模型，加載模板，定義對象，模板連接等步驟進行建模。

1.2 運行模塊

連接結束之后，要對一些參變量進行賦值，通過特性參數的不同數值進行比較，以達到性能分析的目的，在此過程中，可以發現模塊建立所產生的錯誤，在保證所有錯誤都被改正之后，工作循環的模擬才能繼續。

1.3 結果后處理

1.4 應用GT－Power 軟件進行噪聲分析

1.4.1 發動機的基本參數

近些年，捷達汽車占我國乘用車市場比例很大，論文研究的主要是乘用車的進氣系統，所研究的原型機是一臺捷達伙伴CIF－P 轎車的發動機，其具體參數見表1。根據表中參數及其他相關參數，運用GT－Power 軟件建立進氣系統與發動機耦合模型，在轉速為5 500 r/min 的狀態下，對發動機進行測量分析，所建立的仿真模型主要包括進氣系統、排氣系統、氣缸等。針對NVH 分析與研究，將進排氣系統的空濾器和消聲器進行的系統建模，可以對其進行調用。

表1 捷達伙伴CIF－P 發動機的基本參數

1.4.2 GT－Power 發動機模型各部件參數設定

(1)捷達伙伴CIF－P 發動機參數設定

下述發動機的兩個參數設定圖設定了整個汽車發動機模型的大腦部分。對發動機氣缸數的氣缸設置形式、發動機轉速、摩擦實體、種類等參數進行了設置。對發動機點火順序、點火間隔進行了設置。

運用有限容積法對熱流體軟件進行模擬計算，利用GT－Power 軟件進行建模仿真，其結果如下圖。

(2)捷達伙伴CIF－P 發動機氣缸參數設定

捷達伙伴CIF－P 發動機氣缸的屬性參數和Cylinder 屬性相同的參數應該一致，此外還包括缸內的初始狀態、燃燒模型傳熱模型等屬性定義。

(3)捷達伙伴CIF－P 進氣系統模塊與參數設定

進氣系統是由一個進氣管連接到空濾器，再到進氣歧管。在歧管末端，有一個變直徑孔用于節氣門。進氣歧管是由一系列的溢出口和管件構成。建立進氣系統，第一要建立進氣歧管。繪制進氣歧管以及離散歧管的方法，如圖1 所示。

圖1 進氣歧管和離散歧管示意圖

當發動機進氣系統部分參數設定完成后，然后將各個部件分別進行連接，并且按順序與氣缸相連，最后保證整個系統能夠正常運行。

單缸發動機的模型如圖2，四缸發動機模型的建立及連接模塊如圖3 所示。

圖2 單缸發動機模型

圖3 四缸發動機模型

2 進氣噪聲仿真分析

在對發動機的進氣噪聲測試時，GT－Powe 采用的是麥克風模型。通過傳感器收集到的信號，在傳遞給麥克風。

2.1 未安裝消聲器時發動機的動力性、經濟性及噪聲變化趨勢

2.1.1 噪聲與頻率關系圖

GT－Post 軟件對發動機在5 500 r/min 時的工況下進行初步測定;圖5 為后處理后測定的在5 500 r/min 轉速下的頻率與進氣噪聲關系圖。

圖4 諧振腔插入前的發動機模型

圖5 優化前5 500 r/min 轉速下的進氣噪聲曲線

2.1.2 頻率域噪聲關系表

對應頻率與進氣噪聲關系圖的相應數值見表2。

表2 頻率與進氣噪聲關系值

2.1.3 發動機動力性和經濟性曲線圖如圖6 ～8 所示。

2.1.4 優化前后動力學動力性、經濟性及其噪聲的對比

由圖10 得到插入赫姆霍茲消聲器前后對應各頻率值的進氣噪聲仿真值，表3 為輸出值。

紅線代表插入赫姆霍茲諧振腔的原發動機模型的進氣噪聲曲線，藍線表示的是未插入赫姆霍茲諧振腔的發動機模型進氣噪聲曲線。通過對圖10 及表3 的分析可以清楚的看出在轉速為5 500 r/min 的工況下插入赫姆霍茲諧振腔后，進氣噪聲有了明顯的改善。

圖6 發動機燃油消耗隨轉速的變化

圖7 發動機的扭矩隨轉速的變化

圖8 發動機的功率隨轉速的變化

圖9 進氣系統優化前后功率變化

圖10 優化前后在5 500 r/min 噪聲曲線比較

表3 為對應頻率與進氣噪聲關系圖的相應數值。

表3 優化前后頻率與噪聲關系仿真值

下面比較在進氣系統中插入赫姆霍茲諧振腔前后，發動機的動力性和經濟性的變化情況，見圖11 ～12 所示。

從上述圖型可知，安裝赫姆霍茲消聲器后，發動機的燃油消耗量基本沒有太大的變化，發動機的功率、扭矩在某些頻率處略有所降低，但降低程度并不大，波動幅度基本在5%范圍之內保證發動機的燃油經濟性和動力性的要求，安裝的消聲器可以使用。

圖11 進氣系統優化前后燃油消耗率變化

圖12 進氣系統優化前后扭矩變化

3 結 論

(1)根據捷達伙伴CIF－P 的發動機型號，各部分參數，以及消聲器本身性能，建立了發動機一缸及四缸模型;

(2)運用Gt－Power 軟件建立進氣消聲器的仿真模型。安裝消聲器后，燃油消耗量有所增加，扭矩相對降低，輸出功率有所降低，但是變化量控制在5%以內，不會對發動機整體的經濟性能和動力性能有較大影響;

(3)最大降噪量達到2dB，因此，在進氣系統增加赫姆霍茲諧振腔的方案可行。

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