某款增壓發(fā)動機的進氣系統的消聲器設計開發(fā)

王志強，白子琦，代曉旭，周 維

某款增壓發(fā)動機的進氣系統的消聲器設計開發(fā)

王志強，白子琦*，代曉旭，周 維

（華晨汽車工程研究院 動力總成綜合技術處，遼寧 沈陽 110141）

進氣口噪聲對整車NVH起著至關重要的作用，影響著駕乘人的直觀駕乘感受，進而影響客戶心中的整體評價。文章基于某車型進氣系統聲學性能優(yōu)化，通過分析進氣口噪聲基態(tài)測試結果，建立了有針對性的消聲器設計方案；而后，通過聲學仿真對消聲器的傳遞損失進行了初步分析；最后又通過整車搭載對消聲器的性能進行了試驗驗證。結果顯示，搭載消聲器后的進氣口噪聲測試結果可以滿足聲學性能目標，設計過程中涉及的仿真與試驗方法具有一定的參考價值。

進氣系統；消聲元件；NVH測試；聲學仿真

前言

由于進氣口距離駕駛室較近，容易在駕駛室內產生較大噪聲。進氣口噪聲[1]主要來自于發(fā)動機和增壓器的運行，在整車研發(fā)過程中，一般通過開發(fā)設計相關消聲元件來解決類似問題。本文將根據某項目的實際情況，對進氣口噪聲進行測試，依據測試結果建立消聲器設計方案，并應用Virtual lab軟件輔助開發(fā)，使進氣口滿足NVH部門相關要求，保證項目順利開發(fā)。

1 測試原理及NVH目標

1.1 測試原理

汽車NVH測試需在半消音實驗室，測試點主要布置在駕駛員右耳和進氣口近場，測試工況為3擋節(jié)氣門全開（3擋WOT），測試距離進氣口近場測量10 cm距離，與進氣口方向夾角45°。

1.2 NVH目標

進氣噪音的主觀評價分值應達到6.5分，評分細則依據如下：

（1）小幅加減速或急給/急收油門（Tip in/Tip out）工況，室內不可聽到進氣轟鳴，室外聽到進氣噪音須溫和，平順。

（2）2擋/3擋WOT加速工況，發(fā)動機自轉速度升至5 500轉，駕駛室內無明顯的進氣轟鳴。整個升速過程中無任何產生于進氣系統的共振現象。進氣口噪音須保持良好的平順性，不可存在“呲呲”聲及哨音等異響。

進氣口噪聲不可超出圖1所示的目標線：

圖1 進氣口噪聲目標線

2 基態(tài)測試結果及分析

2.1 基態(tài)測試結果

按照測試原理，針對無任何消音零件的進氣系統進行基態(tài)測試，以便確認優(yōu)化方向。

圖2 基態(tài)測試方案

在半消音實驗室進行三輪測試，對比選擇后，獲得基態(tài)測試結果如圖3所示。

2.2 優(yōu)化方案設計

通過對進氣系統基態(tài)測試分析，進氣口噪聲低轉速總聲壓級不達標，2 200 rpm附近超出目標線，約5 dB左右。通過瀑布圖可知，主要來自進氣吸氣聲。進氣口噪聲吸氣聲主要貢獻頻率段：1 000 Hz～2 500 Hz、4 500 Hz～7 000 Hz。 2、4、6、8階次在目標線以下，滿足目標要求，且駕駛室內可以聽到明顯的發(fā)動機噪聲。

綜合上述結果，需重新評估空氣濾清器總成傳遞損失是否合理。并同時通過增加高頻噪聲消聲元件以及管路隔聲處理[2]等優(yōu)化措施來消除高頻噪聲。

通過Hyper mesh劃分和Virtual lab軟件對整套進氣系統進行傳遞損失分析，分析結果見圖4。

圖4 基態(tài)方案傳遞損失曲線

從三維聲學分析結果顯示：50 Hz～1 000 Hz進氣空濾器消聲量基本合理；高頻1 000 Hz～2 500 Hz范圍內進氣吸氣聲消聲量基本滿足要求。高頻進氣吸氣聲頻率分布較廣，從測試結果顯示主要貢獻頻率分為兩部分：1 000 Hz～2 500 Hz、4 500 Hz～7 000 Hz，建議選用增加高頻噪聲消聲元件來消除。

3 設計開發(fā)消聲元件及分析

3.1 設計開發(fā)消聲元件

根據前期布置預留空間，在現有負壓端有限空間內設計開發(fā)消聲元件，選擇占用空間小、針對中高頻段的多孔消聲器，并設計兩種消聲器方案。預留空間為1.47 L，設計開發(fā)消聲器需≤1.47 L。應用消聲器傳遞損失計算公式[3]進行計算：

=2π（3）

式中：為聲速，340 m/s；為空氣密度，1.225 kg/m3；S為管路截面積，m2；為孔截面積，m2；為孔數；為管路壁厚，m；為腔體容積，m3；為頻率，Hz。

3.1.1五腔方案

通過一維計算和Virtual lab仿真分析可以獲得如下數據：

圖5 五腔方案及一維計算結果

從傳損曲線可以看出，在880 Hz～1 510 Hz頻段，平均消聲量超過10 dB（與一維計算結果基本符合）；2 080 Hz、2 450 Hz位置各存在一個波峰，頻段寬分別為50 Hz、100 Hz。

3.1.2四腔方案

通過一維計算和Virtual lab仿真分析可以獲得如下數據：

圖7 四腔方案及一維計算結果

圖8 四腔方案仿真分析結果

從傳損曲線可以看出，950 Hz位置存在一個波峰，頻段寬為100 Hz。2 500 Hz位置存在一個波峰，頻段寬75 Hz。1 300 Hz～2 100 Hz頻段內，平均消聲量超過20 dB（與一維計算結果較為符合）。

4 試驗驗證及篩選

4.1 試驗驗證

為了保證分析的準確性滿足設計要求，對兩種腔體均制作了快速樣件，并在半消聲實驗室[4]進行搭載整車進行驗證，結果如下圖9、圖10所示。

圖10 四腔、五腔方案與目標線對比結果

通過上圖可以明顯看出，兩種均可以滿足設計要求，相對而言，四腔方案優(yōu)于五腔方案。且從生產工藝復雜難易程度，最終方案選擇四腔結果作為最終的最優(yōu)方案。

5 結論

本文根據某項目某款增壓發(fā)動機的實際情況，進行相關的消聲器設計開發(fā)，在過程中可以發(fā)現，選擇合理的消聲器種類、準確的計算分析、實車搭載驗證，都是開發(fā)過程中[5]不可或缺的重要組成部分，分析為開發(fā)設計的最前沿部分，需要對不同方案進行不同程度的驗證，保證方案合理性。同時整車搭載試驗又是對分析結果的最好驗證，二者相輔相成。

[1] 楊德銀,吳孟兵,王帥.增壓器Hiss噪聲及泄氣噪聲優(yōu)化措施[J].內燃機,2021(01):11-13+18.

[2] 王博洋,張治國,趙世來,等.基于降低增壓器HISS噪聲的進氣系統優(yōu)化方案研究[J].汽車實用技術,2018(24):97-99.

[3] 龐劍,諶剛,何華.汽車噪聲與振動[M].北京:北京理工大學出版社,2006.

[4] 田松,張哲明.汽車排氣消聲器性能研究及設計開發(fā)探究[J].內燃機與配件,2021(23):18-19.

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Development of Silencer in Air Intake System for the Supercharged Engine

WANG Zhiqiang, BAI Ziqi*, DAI Xiaoxu, ZHOU Wei

( Brilliance Auto R&D Center Powertrain Integrated Technology Section, Liaoning Shenyang 110141 )

The acoustic performance of air intake system plays an important role in vehicle NVH, which affects the driving feeling of drivers and passengers. This paper focuses on the optimization of air intake system of the vehicle. By analyzing the test results of air inlet noise, the acoustic optimization of air intake system is carried out; Then, the acoustic performance of the silencer is verified by simulation and experiment separately, the result of experiment show that the performance of the silencer could meet the target of the whole vehicle. The simulation methods and experiments involved in optimization could have a certain reference value for air intake system designing.

Air intake system; Silencer; NVH test; Acoustic simulation

B

1671-7988(2022)01-86-04

U464.9

B

1671-7988(2022)01-86-04

CLC NO.:U464.9

王志強，學士，進氣系統工程師，就職于華晨汽車工程研究院動力總成綜合技術處，研究方向：傳遞損失仿真分析。

白子琦，學士，進氣系統工程師，就職于華晨汽車工程研究院動力總成綜合技術處，研究方向：傳遞損失仿真分析。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.001.020