汽车发动机进气噪声优化设计

A版汽车发动机进气噪声优化设计水牛胜福马扎根许雪莹许威上海大众汽车有限公司，上海201805【摘要】某在开发车型主观评价存在低频轰鸣噪声抱怨，通过进行系统的声学故障测试分析，确定主要原因是进气噪声引起的。通过在进气系统管路上增加一个赫姆霍兹谐振腔降低进气系统噪声，有效降低了该低频轰鸣声抱怨，车辆乘坐舒适性明显提高。【ABSTRACT】THESYSTEMICTESTANDANALYSISSHOWTHEBOOMINGNOISEISMUCHRELATEDWITHTHEINTAKESYSTEMBYOPTIMIZATIONOFTHEINTAKESYSTEM，ADDINGONEHELMHOLTZRESONATOR，THEINTERIORNOISELEVELISGREATLYDECREASEDANDTHECOMFORTISALSOOBVIOUSLYIMPROVED【关键词】噪声进气系统发动机汽车DOI103969JISSN10074554201503O10引言随着汽车开发技术的不断进步和乘客对车辆性能要求的不断提升，车辆乘坐舒适性已经成为顾客选购车辆的重要考虑因素之一。声学作为顾客最能直观感受的车辆乘坐舒适性能，在整车开发过程中越来越受到重视。发动机进气系统噪声涉及到气体流动、结构振动和发动机性能等多个因素，整个系统自身相当复杂。进气门周期性开闭引起进气管内部空气压力和密度的起伏变化，从而形成气动进气噪声。根据产生机理，可将进气噪声分为涡流噪声、周期性压力脉动噪声、气缸内赫姆霍兹共振噪声和进气管内气柱共振噪声。进气噪声控制相比排气噪声控制在技术上存在诸多差异传统的扩张式消声器无法有效衰减低频进气噪声，并且会严重影响发动机的进气效率，过多增加消声元件会导致发动机动力性和经济性的下降。有效降低发动收稿日期201501一L0为上海市青年科技“启明星”基金资助项目编号L1QB1401100。上海汽车201503机进气系统噪声已经成为声学开发工程师的重要课题之一。本文对某开发车型在全油门加速工况下的车内低频轰鸣噪声抱怨进行了系统的声学故障诊断分析，测试结果显示发动机进气系统对整个轰鸣声抱怨的贡献较大。综合考虑进气系统已有设计、发动机舱布置和零件耐久性需求等因素，确定在进气管路上增加一个赫姆霍兹谐振腔来优化进气系统的低频声学品质，从而改善车辆内部的低频轰鸣噪声抱怨。客观测试及主观评价均表明优化设计方案可以明显降低车内轰鸣噪声抱怨，车辆声学品质有明显提升。1问题描述及分析某新开发车型在全油门急加速工况，发动机转速在25004000RMIN，主观评价时车内存在低频“隆隆”的轰鸣噪声抱怨，并且伴随着强烈的耳膜压迫感，严重恶化了乘客的乘坐舒适性。有3必要通过声学故障分析来解决该低频轰鸣噪声抱怨，提高车辆的声学品质，使车辆上市后具有良好的乘坐舒适性。该低频轰鸣噪声抱怨只在车辆全油门急加速工况下存在，缓加速和减速工况均无明显抱怨，表明该低频轰鸣噪声抱怨的主要激励来自于发动机急加速工况下的动力总成相关激励。为了分析该低频噪声声学特性，对车辆内部噪声进行测试，测试工况为3档的全油门急加速，测点位于驾驶员左耳处。测试结果表明发动机转速在25004000RMIN，驾驶员位置声压存在明显的非线性变化，且A计权声压幅值较大。通过对测试数据的进一步分析可以发现该峰值的主要能量贡献并非来自于发动机的2阶噪声激励，而是来自100HZ倍频带见图1。号忸，J厂。，一_一、，凡|，、X尸F1001ZL3倍频带A计权声总图1驾驶员位置内部噪声测试曲线2噪声源识别分析声源识别是解决声学抱怨的第一步，为了分析该噪声抱怨的声源及声源特性，对车辆进行了系统的声学测试。测试结果显示，进气管口噪声在抱怨转速下100HZ倍频带能量较高，与车内低频噪声抱怨有很好的相关性，表明进气系统噪声对该车内噪声抱怨有较为直接的能量贡献。进一步进行进气系统解耦测试，结果表明在消除进气系统声源后，该车内噪声抱怨有明显改善。由此判断，该抱怨噪声的主要贡献来自于发动机进气4系统。3解决方案目前，发动机进气系统上常用的消声结构有扩张腔式消声器、赫姆霍兹谐振腔和14波长管，这些消声元件对减小进气系统气动噪声有很好的效果。由于该问题发生在实车验证阶段，已处于车型开发后期，发动机舱的总布置已完成，很难对整个进气系统进行大的设计改动，结合发动机舱空间布置及发动机进气系统结构，决定通过在进气管路上增加赫姆霍兹谐振腔来解决该抱怨。赫姆霍兹谐振腔设计时，针对100HZ的中心作用频进行设计。综合考虑连接管结构尺寸对谐振腔容积大小和消声频带宽度的影响及零件耐久性，确定连接喉管长度Z为85MM，连接喉管直径D为26MM。由赫姆霍兹谐振腔消声频率公式F1可以得到谐振腔容积S2式中C为当地声速；S为连接管道截面面积；F为连接管道长度。根据经验假定发动机工作状态下进气管道内部温度为50CC，根据公式CTC331606TMS3可知声波的传播速度为3616MS，根据公式2可以计算得到所需的谐振腔体积为216L；由于谐振腔的作用频率范围仅由连接管长度、连接管截面积和谐振腔体积决定，谐振腔腔体形状对其消声作用的影响可以忽略，综合考虑到零件的固定安装和可制造性，可以得到如图2所示的增加谐振腔的进气管路系