節氣門嘯叫分析

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性能開發技術是汽車設計開發的核心技術之一。通常，大多數汽車主機廠對于怠速、加速、減速和勻速等工況的穩態或準穩態振動噪聲控制的研究較多。但汽車的瞬態NVH性能，如急加/減速的振動噪聲、車門開閉聲品質、啟動/熄火聲品質等，其機理通常都較復雜，涉及相關零部件或系統較多，所以常常成為汽車NVH開發中的難點。其中，節氣門嘯叫問題是汽車瞬態NVH性能中比較突出和典型的現象。

1 節氣門嘯叫產生機理

1.1 節氣門嘯叫產生的發現

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

1.2 節氣門嘯叫與進氣歧管材料的關系

為分析節氣門體嘯叫產生的角度范圍，參考文獻［1]中設計的試驗，發動機運行工況為1 500r/min無負載，在200ms內節氣門體擋板由10°開啟到90°，試驗結果如圖1。

圖1 節氣門角度與氣動噪聲的關系

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

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。

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

1.3 節氣門嘯叫與氣體流動的關系

根據圖1中節氣門角度與氣動噪聲的關系，氣動噪聲產生時節氣門體開度為20°到60°。在開度小于20°時，雖然歧管內真空度較大，流速高湍動能大，但氣體密度小，所以沒有產生噪聲；在開度大于60°時，雖然氣體密度明顯增加，但此時歧管內真空度降低，流速湍動能均減小，所以也不會產生噪聲。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，進氣歧管側壓力如圖4所示。

圖4 進氣歧管側壓力與節氣門體開度的關系

根據圖1和圖4，計算中節氣門體開度設置為35°，壓力為-58kPa。參考文獻［1]中比較了瞬態與穩態計算的分析結果，可以忽略慣性力的影響，所以本文中采用穩態方法。

2.2 進氣系統方案模擬對比

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

通過以上計算結果可以發現，在節氣門體后端均存在明顯的ρk值較高區域，由于修改方案增加了轉接彎管，所以修改方案的ρk值較高區域全部集中在彎管處，并且ρk值較高區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值較高區域一部分在穩壓腔內，可以從進氣歧管法蘭處插入鋁制護套，并將節氣門體到穩壓腔外部管壁包裹隔音棉。此方案優點是不用修改進氣歧管結構，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構，不利于機艙布置。

在節氣門體流量試驗臺上，根據發動機實際工作時不同轉速下對應不同節氣門開度時節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動機工況。在校準后的試驗臺上，測試及模仿節氣門體嘯叫工況，使其故障再現，此時節氣門開度大約為20%左右時。從節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。對節氣門體總成怠速旁通道出氣口進行了局部結構改進，使可能產生口哨結構的氣道外沿從結構上實現氣流反射，從而不會發出哨響。經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，節氣門某一開度時進氣嘯叫聲。

4 結語

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

可在ρk值較高區域包裹隔音棉。

對節氣門氣道進行局部結構改進，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.