節(jié)氣門嘯叫分析

段繼萍，李 靈

（哈爾濱東安汽車動力股份有限公司，哈爾濱150066）

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。通常，大多數(shù)汽車主機廠對于怠速、加速、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。但汽車的瞬態(tài)NVH性能，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。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。

1 節(jié)氣門嘯叫產(chǎn)生機理

1.1 節(jié)氣門嘯叫產(chǎn)生的發(fā)現(xiàn)

在發(fā)動機搭載整車過程中，急踩油門時，節(jié)氣門開度大約為20%，駕乘人員可以聽到明顯的哨響，也就是嘯叫聲。經(jīng)檢查是在節(jié)氣門位置發(fā)出的聲音。節(jié)氣門開度繼續(xù)開大，嘯叫聲消失。

1.2 節(jié)氣門嘯叫與進氣歧管材料的關系

為分析節(jié)氣門體嘯叫產(chǎn)生的角度范圍，參考文獻［1]中設計的試驗，發(fā)動機運行工況為1 500r/min無負載，在200ms內(nèi)節(jié)氣門體擋板由10°開啟到90°，試驗結(jié)果如圖1。

圖1 節(jié)氣門角度與氣動噪聲的關系

試驗結(jié)果顯示，節(jié)氣門快速開啟在20°到60°之間，鋁制和塑料進氣歧管均會產(chǎn)生氣動噪聲。

為分析不同材料對氣動噪聲隔音性能的差別，參考文獻［1]中又進行了如圖2的試驗。

圖2 噪聲傳遞損失比較

試驗結(jié)果顯示，由于塑料的密度遠小于鋁，導致塑料進氣歧管噪聲傳遞水平高于鋁制進氣歧管約6B。

根據(jù)以上試驗分析，搭載塑料進氣歧管發(fā)動機，在急踩油門時嘯叫容易被車內(nèi)駕乘人員感知的原因是塑料密度較低。

1.3 節(jié)氣門嘯叫與氣體流動的關系

根據(jù)圖1中節(jié)氣門角度與氣動噪聲的關系，氣動噪聲產(chǎn)生時節(jié)氣門體開度為20°到60°。在開度小于20°時，雖然歧管內(nèi)真空度較大，流速高湍動能大，但氣體密度小，所以沒有產(chǎn)生噪聲；在開度大于60°時，雖然氣體密度明顯增加，但此時歧管內(nèi)真空度降低，流速湍動能均減小，所以也不會產(chǎn)生噪聲。參考文獻［1]中，比較了密度與湍動能的乘積，即ρk值，與氣動噪聲的關系，如圖3所示。

圖3 ρk值與氣動噪聲的關系

根據(jù)以上分析，將ρk值作為氣動噪聲的評價標準，用于方案的分析比較。

2 進氣系統(tǒng)方案模擬對比

2.1 計算邊界條件

在進行圖1所示的試驗中，進氣歧管側(cè)壓力如圖4所示。

圖4 進氣歧管側(cè)壓力與節(jié)氣門體開度的關系

根據(jù)圖1和圖4，計算中節(jié)氣門體開度設置為35°，壓力為-58kPa。參考文獻［1]中比較了瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)計算的分析結(jié)果，可以忽略慣性力的影響，所以本文中采用穩(wěn)態(tài)方法。

2.2 進氣系統(tǒng)方案模擬對比

前后兩種方案密度、湍動能及ρk值的比較，如圖5、圖6和圖7所示。

圖5 密度值比較

圖6 湍動能比較

圖7 ρk值比較

通過以上計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在節(jié)氣門體后端均存在明顯的ρk值較高區(qū)域，由于修改方案增加了轉(zhuǎn)接彎管，所以修改方案的ρk值較高區(qū)域全部集中在彎管處，并且ρk值較高區(qū)域范圍較原方案偏小。

3 采取措施及試驗驗證

針對塑料隔音效果較鋁管差來解決。由于ρk值較高區(qū)域一部分在穩(wěn)壓腔內(nèi)，可以從進氣歧管法蘭處插入鋁制護套，并將節(jié)氣門體到穩(wěn)壓腔外部管壁包裹隔音棉。此方案優(yōu)點是不用修改進氣歧管結(jié)構(gòu)，缺點是增加鋁制護套后加大了歧管重量。對于后方案，由于ρk值較高區(qū)域全部集中在彎管中，可以在塑料彎管外包裹隔音棉。此方案優(yōu)點是不增加進氣歧管重量，缺點是增加彎管后改變了歧管結(jié)構(gòu)，不利于機艙布置。

在節(jié)氣門體流量試驗臺上，根據(jù)發(fā)動機實際工作時不同轉(zhuǎn)速下對應不同節(jié)氣門開度時節(jié)氣門體喉口處的空氣流量值，校核流量試驗臺，使其能夠真實模擬發(fā)動機工況。在校準后的試驗臺上，測試及模仿節(jié)氣門體嘯叫工況，使其故障再現(xiàn)，此時節(jié)氣門開度大約為20%左右時。從節(jié)氣門和氣道形成的縫隙中通過的高速氣流正吹向怠速通道出氣口。對節(jié)氣門體總成怠速旁通道出氣口進行了局部結(jié)構(gòu)改進，使可能產(chǎn)生口哨結(jié)構(gòu)的氣道外沿從結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)氣流反射，從而不會發(fā)出哨響。經(jīng)流量試驗臺和整車噪聲樣件反復驗證，該方案有效消除特定工況下，節(jié)氣門某一開度時進氣嘯叫聲。

4 結(jié)語

根據(jù)用塑料進氣歧管急踩油門時產(chǎn)生嘯叫的原因分析和試驗，為減小節(jié)氣門嘯叫，建議采用以下兩種方法：

可在ρk值較高區(qū)域包裹隔音棉。

對節(jié)氣門氣道進行局部結(jié)構(gòu)改進，改變氣流方向。

［1]Yoshihiro Nakase，Kenji Kanehara and Kouzi Ohara.Flow Noise Reduction upon Quick Opening the Throttle.SAE 2001，（01）：1429.