進氣系統噪聲改進

郭玉祥，李立波，周彬彬

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

進氣系統噪聲改進

郭玉祥，李立波，周彬彬

（安徽江淮汽車股份有限公司，安徽 合肥 230601）

針對某皮卡車噪聲評估過程中加速噪聲水平沒有達到目標樣車的水的問題進行研究。文章根據該車整車及進氣系統噪聲測試結果改進空濾器進氣管及根據赫姆霍茲諧振消音器原理設計合適諧振腔，降低進氣噪聲。

進氣噪聲；空濾器進氣管；諧振腔；消聲降噪

CLC NO.:U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-66-03

引言

現在NVH(噪聲、振動與舒適性)性能已經成為評價汽車品質的一個重要指標。進氣噪聲作為一個重要的噪聲源得到足夠重視。本文針對某皮卡車型加速噪聲問題進行分析研究，已使其噪聲水平降低，最終改善NVH性能。

1、問題描述

1.1 整車噪聲測試

對整車進行噪聲測試，發現加速工況下噪聲水平高于目標值，主要表現在1000-2500rpm、3300rpm噪聲峰值較高。

圖1 加速時噪聲聲壓級

圖2 噪聲頻譜圖

測試結果如下：作者簡介：郭玉祥，就職于安徽江淮汽車股份有限公司。

2、原因分析

2.1 進氣系統分析

在空濾器進氣管端接消聲器，排除空濾器輻射噪聲和進氣管口噪聲的影響，屏蔽進氣后如圖3發現1000-2500rpm、3300rpm噪聲峰值消失。

2.2 空濾器輻射噪聲

在進氣空濾器上安裝振動傳感器，如圖4發現1000-2500rpm、3300rpm無對應振動峰值，排除空濾器殼體輻射噪聲的影響。

通過對上述噪聲水平測試結果進行分析，可以看出，1000-2500rpm、3300rpm噪聲峰值由進氣系統管口噪聲引起。

3、方案實施

進氣系統對整車噪聲的影響主要由進氣系統管口噪聲引起。

3.1 空濾器的傳遞損失

帶濾芯的空濾器在聲學方面分析較為復雜，為了便于問題的分析，在不考慮濾芯的情況下，把空濾器看成為單節擴張式消聲器。擴張式消聲器是抗性消聲器最常用的結構形式，也稱膨脹式消聲器。它是依據管道中聲波在截面突變（擴大或縮小）處發生反射而衰減噪聲的原理設計的。擴張式消聲器是由一個主要的腔室和兩邊與之相連接的管道組成的，其最基本的形式如圖所示：

圖5 單節擴張式消聲器

進氣管道截面積S1和出氣管道的截面積S3比擴張腔的截面積S2要小些。由于截面積變化，聲阻抗也隨之變化，當入射波到達擴張腔后，一部分聲能量被反射會進氣管，從而消耗聲能達到消聲效果。傳遞損失TL也稱為傳透損失或透射損失，根據消聲器傳遞損失的定義，單節擴張式消聲器的傳遞損失為：

當kL=nπ時（n=0，1，2……）,TL=0，即聲波無衰減直接通過，傳遞損失降低為零，這是單節擴張式消聲器的最大缺點。

在實際工程應用中，傳遞損失定義為消聲器進口端的入射聲功率W1和出口端的聲功率W2的比值的常用對數乘以10，即為消聲器進口端的聲功率級和消聲器出口端的聲功率級之差值，其數學表達式為：

式中，W1、W2分別是消聲器進口端、出口端的聲功率（W）；LW1、LW2分別是消聲器進口端、出口端的聲功率級（dB（A））。通常所稱的消聲量一般均指傳遞損失。在消聲器進口端與出口端的通道截面相同時，聲壓沿截面近似均勻分布，這時傳遞損失等于消聲器進口端的聲壓級與出口端的聲壓級之差。其關系式為：

式中，LP1、LP2分別是消聲器進口端、出口端的聲壓級（dB（A））。

因此，選用合適的空濾器擴張腔和進出氣管道直徑，對于降低進氣噪聲有十分重要的意義。在設計階段，用計算機軟件對濾器的傳遞損失進行仿真計算，可以對空濾器整體結構進行優化設計。

3.2 空濾器進氣管改進

表1

為使總體噪聲在1000-2500rpm范圍有一個寬頻帶的降噪效果，采用增加擴張比方法，將空濾器進氣管管徑由Φ 85mm改為Φ55mm。但由于空濾器進氣管管徑縮小后將增加進氣阻力，故需驗證空濾器進氣管管徑縮小后進氣阻力是否滿足整車進氣阻力≤5kPa要求，進氣阻力試驗結果如表1。

由上述試驗結果可以看出，空濾器進氣管管徑改為Φ 55mm后滿足要求。

3.3 赫姆霍茲諧振消音器原理

赫爾姆茲消音器是旁支消音器的一種，如圖6所示。赫爾姆茲消音器是一種歷史悠久的消音器，它由一個消音容器和一根短管組成，短管與主管連接。

圖6 赫爾姆茲消音器

入射波在主管運動，當到達消音容器時，一部分被反射回來，另一部份分成兩個分路。一路進入在容器里或者是推動容器內的空氣運動，另一路繼續在主管中傳播，形成透射波。由于管道交界處聲阻抗的變化，從而達到消音目的。赫姆霍茲諧振消音器共振頻率：

式中：c為音速，S為入口管橫截面積，l為入口管長度，V為赫姆霍茲諧振消音器容積。

赫姆霍茲諧振消聲器達到共振時，其聲抗最小，振動速度達到最大，對聲的吸收也達到最大 。

4、赫姆霍茲諧振消音器

為降低3300rpm時噪聲，從圖2噪聲頻譜圖分析3300rpm時噪聲對應225Hz，故選擇225Hz作為赫姆霍茲諧振消音器設計頻率，根據公式（5）設計一225Hz赫姆霍茲諧振消音器用于消除此噪聲。

4.1 方案驗證

制作樣件進行驗證，降噪效果如圖7所示：

（1）空濾器進氣管管徑由Φ85mm改為Φ55mm，1000～2500rpm加速噪聲降低1～4 dB（A）；

（2）加裝225Hz諧振腔，3300rpm加速噪聲降低2～3 dB （A）；

（3）空濾器進氣管管徑由Φ85mm改為Φ55mm與加裝225Hz赫姆霍茲諧振消音器后，整車加速噪聲降低3～4dB （A）。

圖7 降噪效果驗證結果

5、結論

通過將空濾器進氣管管徑由Φ85mm改為Φ55mm及加裝225Hz諧振腔后整車加速噪聲降低3～4dB（A）。選用合適的空濾器擴張腔和進出氣管道直徑及合適的擴張比，對于降低進氣噪聲有十分重要的意義。對于特定低頻率進氣噪聲，采用赫姆霍茲諧振消音器來解決其噪聲問題。

[1] 陳家瑞.汽車構造(第4版).北京:人民交通出版社,2002.

[2] 楊文亮.某車型進氣系統降噪改進.公路與汽車,2012(1):6～8.

[3] 趙要珍.進氣噪聲源提取和空濾器聲學性能優化.上海交通大學學報,2013（6）1003～1008.

[4] 龐劍.汽車噪聲與振動.北京:機械工業出版社,2006.

Noise Optimization of Air Intake System

Guo Yuxiang, Li Libo, Zhou Binbin
（Anhui JiangHuai automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

Noise assessment process of a pickup truck show that acceleration noise level did not reach the target prototype. According to the noise test results of vehicle and air intake system to improve the air filter inlet pipe and design suitable resonant cavity based on the principle of Helmholtz resonator muffler, and reduce the intake noise.

AirIntakenoise; Air filter inlet pipe; Resonant cavity; Noise elimination and reduction

U467.3

A

1671-7988(2016)07-66-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.021