某乘用車排氣系統(tǒng)嘯叫成因分析

羅 靜，李飛翔，堯瀟雪

（1.柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西柳州 545000；2.佛吉亞（柳州）排氣控制技術有限公司，廣西柳州 545000）

隨著人們對生活品質(zhì)追求的不斷提高，消費者對車輛駕乘環(huán)境、噪聲水平的要求也越來越高。同時伴隨著汽車技術的發(fā)展與更迭，行業(yè)內(nèi)的競爭也日趨白熱化，整車NVH 性能已然成為評價產(chǎn)品好壞的重要指標之一。排氣系統(tǒng)作為整車噪聲主要激勵源之一，其聲品質(zhì)直接影響整車舒適性。發(fā)動機的高速尾流排出過程中，可能會產(chǎn)生各種次生噪聲，其中當高速尾流吹過排氣系統(tǒng)內(nèi)部的細小間隙或微小孔徑時，若產(chǎn)生高頻的嘯叫聲，會惡化車內(nèi)的主觀感受。本文將以某乘用車排氣系統(tǒng)加速嘯叫為案例，對如何開展排氣系統(tǒng)嘯叫成因分析進行闡述。

1 問題描述

某乘用車開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)全油門加速時車內(nèi)可聽到尖銳的嘯叫聲。在半消聲室內(nèi)進行異響排查，發(fā)現(xiàn)排氣系統(tǒng)尾管處輻射出的嘯叫聲最明顯，初步判斷異響由排氣系統(tǒng)產(chǎn)生，但具體位置需采集客觀數(shù)據(jù)輔助分析。為縮小嘯叫范圍，分別在排氣系統(tǒng)前消殼體、后消殼體、尾管附近按試驗標準架設麥克風，進行數(shù)據(jù)采集。由尾管輻射噪聲曲線圖總聲壓級變化可看到尾噪在2 200 r/min～5 000 r/min 區(qū)間出現(xiàn)明顯峰值（圖1）；同時在圖2 中的尾管輻射頻譜圖、前消殼體輻射頻譜圖、后消殼體輻射頻譜圖中均發(fā)現(xiàn)同一頻率區(qū)間的能量集中塊（圈出區(qū)域），但該頻率區(qū)間內(nèi)前消殼體輻射聲壓級明顯低于后消殼體及尾管，因此結(jié)合主觀及客觀數(shù)據(jù)判斷該嘯叫由后消聲器總成發(fā)出。

圖1 原方案3-WOT 尾管輻射噪聲曲線圖

圖2 原方案3-WOT 各測點頻譜圖

2 原因分析

排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的嘯叫異響通常是一種高頻次生噪聲，經(jīng)常在加速過程中產(chǎn)生，聽起來像pii 或poh[1]。通常排氣系統(tǒng)嘯叫異響是由于總成漏氣、高速氣通過內(nèi)部結(jié)構小間隙或小孔等原因產(chǎn)生。

2.1 后消聲器總成排查

該乘用車后消聲器總成結(jié)構如圖3 所示，由進氣管、后消聲器筒體及尾管組成。

圖3 后消聲器總成結(jié)構示意圖

首先將后消聲器總成進行氣密性檢測，并在每個焊縫表面刷肥皂水，檢測顯示總成泄漏量符合要求，且肥皂水無吹氣泡現(xiàn)象，這表明后消聲器總成無漏氣現(xiàn)象，因此判斷嘯叫聲不是漏氣產(chǎn)生。

手動搖晃零件，沒有異響產(chǎn)生，說明嘯叫也不是筒體內(nèi)有異物造成。

2.2 內(nèi)部結(jié)構排查

該乘用車后消聲器筒體內(nèi)部結(jié)構如圖4 所示，可看到進氣內(nèi)管、隔板上均開有小孔，加速過程中均有可能產(chǎn)生嘯叫。

圖4 后消聲器筒體內(nèi)部結(jié)構示意圖

2.2.1 內(nèi)部結(jié)構驗證

為確定嘯叫產(chǎn)生位置，根據(jù)消聲器筒體內(nèi)部結(jié)構，排列組合調(diào)整進氣管開孔、隔板開孔及隔板結(jié)構形式形成驗證方案，方案制作過程中重點關注內(nèi)組件零部件制造質(zhì)量要滿足設計要求，芯子裝配尺寸正確，且零件無焊接質(zhì)量問題。

驗證背壓對嘯叫異響的影響：兩塊隔板均增加100 個孔，得方案RM1-1（表1）。主觀結(jié)果顯示嘯叫聲特質(zhì)及聲壓級無變化，證明該嘯叫聲與背壓無關。

驗證隔板與殼體之間間隙對嘯叫異響的影響：隔板上下兩圓弧分別開兩個高3 mm 長35 mm 開口，得方案RM1-2（表1）。主觀結(jié)果顯示嘯叫聲特質(zhì)及聲壓級無變化，證明該嘯叫聲與隔板殼體之間間隙無關

驗證進氣管開孔對嘯叫異響的影響，取消進氣管開孔，得方案RM1-3（表1）。主觀結(jié)果顯示嘯叫聲特質(zhì)及聲壓級無變化，證明該嘯叫聲與進氣管開孔無關。

驗證氣流運動路徑變化對嘯叫聲的影響，在出氣管上開孔，得方案RM1-4（表1），目的是讓一部分氣體進入第一腔后直接從出氣內(nèi)管上的孔排出。主觀結(jié)果顯示嘯叫聲仍存在但聲壓級明顯降低，因此判斷嘯叫聲與流過隔板的氣流有關系。

表1 內(nèi)部結(jié)構驗證方案示意圖

綜合以上結(jié)果初步判斷嘯叫聲由高速氣流通過隔板上的小孔產(chǎn)生，具體位置需要進一步驗證。

2.2.2 冷流臺架確定隔板嘯叫孔位置

本次試驗用冷流臺架核心部件為風機，可提供0～ 450 m3/h 流量的冷態(tài)氣流，其可用來還原車輛加速過程中氣流加速通過消聲器筒體內(nèi)部的流動情況，因此可用來還原加速過程中排氣系統(tǒng)嘯叫問題。

首先將完整的后消聲器總成固定到冷流臺架上，讓氣流流量由0 加速到250 m3/h，加速過程中可在后消殼體附近聽到明顯嘯叫聲，因此判定冷流臺架可用于還原該嘯叫聲。其后沿著后消上殼體走向切割出一個長400 mm 寬250 mm 的窗口，并清理內(nèi)部金屬屑及異物，將開窗口的后消聲器總成接到冷流臺架上，切下來的上殼體還原并用黑膠帶完全密封，并按原方法進行試驗（圖5），加速過程中在后消殼體附近仍聽到明顯嘯叫聲且聲音特質(zhì)與未開窗口前一致，確認開窗口并用黑膠帶封堵不會影響嘯叫聲判斷。將兩塊隔板開孔分為左右兩邊共四組，逐一用黑膠帶封堵，發(fā)現(xiàn)當封堵隔板2 左側(cè)孔時嘯叫聲完全消失，封堵其他部分時嘯叫無變化，因此判斷嘯叫聲是由隔板2 左側(cè)區(qū)域內(nèi)開孔產(chǎn)生，具體嘯叫孔位置還需進一步排查。繼續(xù)對隔板2 左側(cè)區(qū)域內(nèi)孔進行逐個封堵，確認嘯叫孔為黑色膠帶封堵處（圖6），至此通過冷流臺架鎖定了嘯叫源。

圖5 冷流臺架確定隔板嘯叫孔位置試驗過程

圖6 隔板2 嘯叫孔位置

3 結(jié)束語

通過本文案例，為排氣系統(tǒng)嘯叫成因分析提供一種思路方法。當排氣系統(tǒng)出現(xiàn)嘯叫異響時可通過噪聲試驗、氣密試驗、調(diào)整內(nèi)部結(jié)構、冷流臺架試驗等方法確定嘯叫位置。