重型汽車進(jìn)氣噪聲優(yōu)化

路小金 付召輝

摘 要：進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲是影響整車NVH的重要部分 研究其降噪技術(shù)具有重要意義。文章介紹了某款卡車進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化方案 通過查找最大噪聲源 理論和試驗(yàn)尋找和優(yōu)化空壓機(jī)消聲器 從而降低了進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲。

關(guān)鍵詞：噪聲;NVH;消聲器;優(yōu)化

中圖分類號(hào)：U491.9+1? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）18-50-03

Abstract： Air intake system noise take a important role in the vehicle NVH， The research of noise reduction methods have great meaningness. The noise optimization scheme of intake system is introduced， in this paper. Towards to the maximum noise source finding， the muffer of the air compressor optimization theoretically and experimentally， the noise of the intake systen was improved siginificantly.

Keywords： Noise; NVH; Muffler; Optimization

CLC NO.： U491.9+1? Document Code： B? Article ID： 1671-7988（2020）18-50-03

1 前言

隨著人們生活水平的提高 人們對(duì)卡車的NVH問題也越來越重視。進(jìn)氣噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的主要噪聲源之一 在小型高速發(fā)動(dòng)機(jī)和大型增壓機(jī)中 進(jìn)氣噪聲有時(shí)會(huì)比發(fā)動(dòng)機(jī)本體噪聲（燃燒噪聲和機(jī)械噪聲）高5dB（A）左右 僅次于排氣噪聲[1]。

空壓機(jī)的工作原理：當(dāng)空壓機(jī)開始工作時(shí) 進(jìn)氣口不斷地間歇吸入空氣 進(jìn)而產(chǎn)生壓力脈動(dòng)傳送到取氣管路中形成了空氣動(dòng)力性噪聲。氣流隨著空壓機(jī)氣缸進(jìn)氣閥門的間斷開啟 間斷地被吸入氣缸 因此在空壓機(jī)進(jìn)氣口附近產(chǎn)生壓力波動(dòng) 它以聲波的方式由進(jìn)氣系統(tǒng)輻射出來 從而造成了進(jìn)氣噪聲。

空壓機(jī)的進(jìn)氣噪聲主要為低中頻噪聲 適合采用抗性消聲器。抗性消聲器的幾種常見形式為擴(kuò)張室式、共振腔式、插入管式、微穿孔板式、干涉式等[2]。某車型上采用的空壓機(jī)消聲器為擴(kuò)張管結(jié)構(gòu)的抗性消聲器。

擴(kuò)張式消聲器是由室和管兩基本組成部分構(gòu)成的 圖1為擴(kuò)張消聲器示意圖。聲波在管道中傳播時(shí) 截面積的突變則會(huì)引起聲波的反射而有傳遞損失[3]。按照消聲器傳遞損失的概念 擴(kuò)張室消聲器的傳遞損失可用下式計(jì)算：

2 進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲源分析和驗(yàn)證

2.1 進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲源分析

改善進(jìn)氣系統(tǒng)的噪聲首先須找到最大噪聲源 并針對(duì)最大噪聲源進(jìn)行降噪。此進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單由空氣濾清器和空氣濾清器出氣管、增壓器進(jìn)氣管及卡箍組成 空壓機(jī)取氣口布置在增壓器進(jìn)氣管上 進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣口位于整車正前方正壓區(qū)進(jìn)氣阻力較小 在該車型上空濾器僅利用60%流量 因此最大噪聲可能和空濾器無關(guān)。而此進(jìn)氣系統(tǒng)另一個(gè)大的噪聲源為空壓機(jī) 通過主觀評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)空氣機(jī)在泵氣時(shí)進(jìn)氣噪聲最大 尤其空濾器口處噪聲明顯比不泵氣時(shí)大。斷開空壓機(jī)取氣管 空濾器口噪聲減小。因此初步判斷最大進(jìn)氣噪聲是由空壓機(jī)產(chǎn)生的噪聲傳至進(jìn)氣系統(tǒng)造成的。

2.2 進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲源試驗(yàn)

針對(duì)主觀評(píng)價(jià)結(jié)果 進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)分為四組 分別測(cè)試該車型在定置怠速和緩加速狀態(tài)下時(shí)進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)氣口噪聲、定置怠速狀態(tài)下空壓機(jī)進(jìn)氣口和空壓機(jī)取氣口噪聲。噪聲頻譜結(jié)果如下圖3、圖4、圖5、圖6。

3 進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲提升研究

3.1 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

此車型空壓機(jī)的進(jìn)氣消聲器結(jié)構(gòu)為在空壓機(jī)進(jìn)氣口的管路壁面上開一些比較均勻的小孔 同時(shí)在此段管路上外接直徑為孔徑3～4倍的閉合空腔而成擴(kuò)張型消聲器。

本次通過三個(gè)方向?qū)Υ丝諌簷C(jī)消聲器進(jìn)行優(yōu)化研究 通過LMS Virtual. Lab軟件等進(jìn)行CAE分析。第一組優(yōu)化消聲器的孔數(shù) 分析不含孔、原消聲器、34孔、54孔、22孔的噪聲 如圖7 研究不同孔數(shù)對(duì)降噪量的影響;第二組通過優(yōu)化孔的位置 分析僅保留中間34孔、分開34孔、豎排27+27孔、豎排11+11孔的噪聲 如圖8 研究不同孔位置對(duì)降噪量的影響;第三組通過給消聲器增加吸音棉 分析中間34孔+小吸音棉、中間34孔+大吸音棉、中間34孔+（端部34孔+小吸音棉） 如圖9 研究吸音棉對(duì)進(jìn)氣噪聲的影響。通過對(duì)消聲器孔數(shù)、消聲器孔位置、消聲器加吸音棉的研究找出最優(yōu)的降噪方案。

3.2 優(yōu)化方案分析

第一組不同孔數(shù)方案分析結(jié)果如下圖10 消聲器芯體上開孔均可以提高降噪量 其中34孔方案在0-1000HZ之間降噪量改善最大 54孔和原方案在大于1000HZ降噪效果較好。

第二組不同孔位置方案結(jié)果如下圖11 消聲器芯體上開孔位置不同均可以提高降噪量 其中中間34孔方案在0-1000HZ之間降噪量改善最大 原方案和豎排17+17孔對(duì)1400HZ以上降噪量最大。

第三組增加吸音棉方案結(jié)果如下圖12 增加隔音棉對(duì)降低中低頻噪聲作用不明顯 中間34孔+消音棉方案在0- 1000HZ之間降噪量改善效果相對(duì)較好。

由于此車型無論進(jìn)氣口還是空壓機(jī)取氣口位置峰值噪聲均出現(xiàn)在0-1000HZ的中低頻率區(qū) 而三組方案研究發(fā)現(xiàn)降

低中低頻率噪聲的最優(yōu)方案是中間34孔方案 次優(yōu)方案為中間34孔+消音棉方案。

4 優(yōu)化方案實(shí)車驗(yàn)證

對(duì)于優(yōu)化方案選取最優(yōu)的兩種方案：34孔消聲器和中間34孔+消音棉方案進(jìn)行實(shí)車驗(yàn)證。根據(jù)理論分析結(jié)果制作34孔消聲器和中間34孔+消音棉消聲器樣件各一件。

噪聲測(cè)試方法：麥克風(fēng)布置在進(jìn)氣口正前方45° 距離100mm處采用固定支架固定 汽車停放在空曠試驗(yàn)場(chǎng)中 周圍障礙物大于3mm 風(fēng)速小于2m/s 同時(shí)采集噪聲和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào) 分別測(cè)試原狀態(tài)消聲器、中間34孔消聲器、中間34孔+消音棉消聲器在怠速和緩加速工況時(shí)進(jìn)氣口噪聲。

測(cè)量取值：最高聲級(jí)兩次測(cè)量（不超過2dB（A））取最大值 如超過2dB（A） 再重新測(cè)取最大值 數(shù)據(jù)處理結(jié)果如下表1。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果兩種優(yōu)化后的消聲器對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化均有貢獻(xiàn) 其中34孔消聲器方案降噪效果最優(yōu)。

5 結(jié)論

本文針對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化提升 提出了排查最大噪聲源的方法。針對(duì)最大噪聲源通過設(shè)計(jì)最優(yōu)降噪消聲器 衰減中低頻率的噪聲 并進(jìn)行整車試驗(yàn)驗(yàn)證 使進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲降低。本次進(jìn)氣噪聲優(yōu)化過程中的查找進(jìn)氣噪聲源 設(shè)計(jì)降噪方案 試驗(yàn)驗(yàn)證等降噪方法 可以為后期進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化和排查提供指導(dǎo)和借鑒。

參考文獻(xiàn)

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