基于CAE仿真的某發(fā)動機排氣系統(tǒng)降噪研究

楊樺，劉覽，雷蕾

（江淮汽車股份有限公司，安徽合肥230001）

基于CAE仿真的某發(fā)動機排氣系統(tǒng)降噪研究

楊樺，劉覽，雷蕾

（江淮汽車股份有限公司，安徽合肥230001）

針對某款自然進氣汽油發(fā)動機，運用CAE仿真手段分析整個排氣系統(tǒng)的聲場特性，提出增加消聲器的方案以降低排氣系統(tǒng)噪聲。結(jié)果表明：通過增設(shè)消聲器以及變動發(fā)動機排氣系統(tǒng)管路，實現(xiàn)了降低發(fā)動機排氣系統(tǒng)氣動噪聲的目的。

CAE仿真；發(fā)動機；氣動噪聲

0 引言

眾所周知，當(dāng)前NVH性能已經(jīng)成為評價汽車的重要指標之一［1］。各大汽車廠商都在努力提高汽車NVH性能來提升市場競爭力和品牌價值。而發(fā)動機噪聲作為整車重要的噪聲源之一，也得到了足夠的重視。針對不同發(fā)動機設(shè)計要求，運用現(xiàn)代CAE技術(shù)開發(fā)排氣系統(tǒng)，可以滿足快速優(yōu)化設(shè)計的要求［2］。

運用CAE仿真軟件搭建發(fā)動機一維噪聲分析模型，分析排氣系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲的原因，并通過增設(shè)針對性的消聲器進行排氣系統(tǒng)降噪，給出解決方案。

1 研究對象及準備

文中研究對象為某自然吸氣汽油發(fā)動機，該發(fā)動機在特定轉(zhuǎn)速下排氣噪聲較大，需要進一步優(yōu)化設(shè)計。在進行噪聲仿真分析前，需要進行整機性能標定。這是由于一維氣動噪聲分析中氣體的狀態(tài)尤其是壓力、溫度等，均是基于準確的發(fā)動機性能分析。因此首先進行該款發(fā)動機的性能仿真標定［3］。

仿真分析結(jié)果與試驗結(jié)果在數(shù)值上與曲線形狀上吻合性均較好，見圖1—3。

主要性能指標包括扭矩、功率及比油耗誤差最大均低于限值4%，關(guān)鍵點低于2%，表明試驗與仿真對比驗證結(jié)果相一致［4］， 具體見表1。

表1 發(fā)動機性能試驗值與仿真值對比結(jié)果

2 仿真分析及結(jié)果

2.1 建立噪聲計算模型

在原有整機性能分析模型基礎(chǔ)上，添加時間控制器transi?ent1、插值函數(shù)function1和執(zhí)行器 actuator1。時間控制器中，設(shè)置時間從0到10 s，轉(zhuǎn)速從1 000到6 000 r／min；插值函數(shù)為 ｛＄CASE｝ ＝＝1？6000｜in1，in1為變量值。刪除5 500～1 000 r／min，取6 000 r／min為CASE1，其復(fù)制case為CASE2，將CASE2設(shè)為瞬態(tài)，輸出噪聲和動畫數(shù)據(jù)，每個循環(huán)保存一次，而CASE1設(shè)為穩(wěn)態(tài)，取消自動收斂控制，其計算結(jié)果為CASE2的瞬態(tài)計算提供邊界條件。

2.2 排氣噪聲分析

根據(jù)相關(guān)試驗規(guī)定要求，取虛擬麥克風(fēng)位置距離排氣管出口 （1 m，0，1 m） 處。通過計算得到圖 4，即轉(zhuǎn)速、頻率、聲壓級三者關(guān)系圖。可以發(fā)現(xiàn)：2階、4階聲壓級處最大，提取得到轉(zhuǎn)速和聲壓級的2D圖，見圖5。

從圖5中可知：2階、4階聲壓級最高；2階聲壓級在1 000～2 000 r／min增加較多，2 500 r／min以后逐漸增大，并無突變。對6 000 r／min時全模型進行壓力分布分析，見圖6。

圖6中進氣系統(tǒng)無明顯壓力突變，僅在排氣系統(tǒng)的催化器處存在較大壓力突變，但由于此模型沒有加入消聲器，因此下一步嘗試加入消聲器分析。

2.3 增設(shè)消聲器分析

增設(shè)消聲器后分析結(jié)果如下：從圖7—8中不難發(fā)現(xiàn)，增加兩級消聲器后，各轉(zhuǎn)速下整體聲壓級水平均降低，中高轉(zhuǎn)速降低明顯，尤其是4 000～6 000 r／min。而1 000～3 000 r／min，噪聲水平降低不明顯；2 000～2 500 r／min時出現(xiàn)波峰。圖9是對轉(zhuǎn)速2 500 r／min時全模型的全壓分布分析，進、排氣系統(tǒng)中無明顯壓力突變，表明所選兩級消聲器對高轉(zhuǎn)速噪聲降噪明顯，但對低中轉(zhuǎn)速降噪表現(xiàn)不好。

3 結(jié)論

通過文中的仿真分析，得出以下結(jié)論：

（1）通過仿真分析結(jié)果，選擇具有針對性的消聲器消除指定噪聲頻率，對降低發(fā)動機排氣系統(tǒng)氣動噪聲以及改善發(fā)動機NVH具有一定實際指導(dǎo)意義。

（2）僅通過CAE仿真方法對排氣系統(tǒng)氣動噪聲進行預(yù)測，后期需要進一步做試驗與仿真相互驗證的研究，提高準確性以進一步改善發(fā)動機NVH水平。

【1】廖祥兵，戴啟清，胡小平，等.汽車不同行駛模式下的經(jīng)濟性模擬計算［J］.內(nèi)燃機學(xué)報，2003，21（1）：62－64.

【2】劉敬平，李迎春，夏孝郎，等.對應(yīng)于整車行駛循環(huán)的發(fā)動機簡化工況點確定方法的研究［J］.汽車工程，2003，33（7）：563－568.

【3】劉永長.內(nèi)燃機原理［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001：172－179.

【4】AVL公司.BOOST User’Guide［M］.

Investigation of Engine Exhaust System Noise Reduction Based on CAE Simulation

YANG Hua，LIU Lan，LEILei
（Anhui Jianghuai Automobile Co.，Ltd.，Hefei Anhui230001，China）

For a gasoline engine，CAE softwas used to analyze its sound field fluctuation.The scheme settingmuffler to decrease noise of exhaust system of enginewas presented.By settingmuffler andmodifying exhaust system line of engine，aerodynamic noise of exhaust system is decreased.

CAE simulation；Engine；Aerodynamic noise

2015－07－16

楊樺，女，博士，從事發(fā)動機研發(fā)工作。E?mail：414205610＠qq.com。