發(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化設(shè)計（續(xù)2）

李明珠 王暉 閆立濱

（華晨汽車工程研究院NVH工程室）

2.3 進(jìn)氣系統(tǒng)旁支消聲元件設(shè)計

為了更好地尋找各階次中人耳能夠聽到的較大能量峰值，將進(jìn)氣口噪聲聲壓級進(jìn)行A計權(quán)處理，并將其與目標(biāo)線進(jìn)行對比，如圖10所示。

將測試結(jié)果中各階次峰值的轉(zhuǎn)速及頻率特性進(jìn)行歸納，如表1所示。從表1可以看出，基礎(chǔ)方案的進(jìn)氣口噪聲中低頻能量主要集中于117，260，360 Hz3處。

表1 階次峰值的轉(zhuǎn)速及頻率特性Hz

2.3.1 設(shè)計消除117 Hz噪聲的赫姆霍茲消聲器

旁支消聲器是抗性消聲器。當(dāng)聲波傳到旁支消聲器后，第1部分聲波被反射回主管形成反射波，第2部分聲波繼續(xù)在主管傳播形成透射波，第3部分聲波進(jìn)入旁支消聲器。消聲器內(nèi)某些頻率的反射聲波與主管的入射聲波相位相反，2個聲波相互抵消，形成一個聲壓的節(jié)點(diǎn)或者使得入射波的波幅降低。

赫姆霍茲消聲器一般是由一個具有一定容積的腔室和一根連接管組成。當(dāng)聲抗為0時，系統(tǒng)達(dá)到共振。通過分析在交界處的壓力和速度邊界條件，可以得到噪聲傳遞損失。

對于117 Hz噪聲問題，選擇使用赫姆霍茲消聲器1進(jìn)行消聲。結(jié)合該車型實(shí)際的發(fā)動機(jī)艙空間條件，設(shè)計該共振腔的基本參數(shù)為：腔體容積5 L；連接管口徑0.045m；連接管長度0.05m。經(jīng)計算，該赫姆霍茲消聲器1消聲主頻為116.7Hz，其噪聲傳遞損失峰值為34.67dB。

2.3.2 設(shè)計消除260 Hz噪聲的赫姆霍茲消聲器

同理于2.3.1小節(jié)，對中心頻率為260 Hz的噪聲同樣選擇設(shè)計一個赫姆霍茲消聲器2，具體參數(shù)為：腔體容積1.2 L；連接管口徑0.04 m；連接管長度0.025 m。經(jīng)計算，赫姆霍茲消聲器2消聲主頻為260.3 Hz，其噪聲傳遞損失峰值為45.49 dB。

2.3.3 設(shè)計消除360 Hz噪聲的1/4波長管

1/4波長管是安裝在主管道上的一個封閉的管子，如圖11所示。當(dāng)聲波從主管道進(jìn)入旁支管后，聲波被封閉端反射回到主管，某些頻率的聲波與主管中同樣頻率的聲波由于相位相反而相互抵消，從而達(dá)到消聲目的。

這種旁支管的頻率只取決于管道的長度。管道越長，頻率越低。不同于117 Hz和260 Hz噪聲峰值，中心頻率為360 Hz的噪聲峰值其能量分布頻率帶寬較窄，加之其中心頻率偏高，很適于使用1/4波長管對其進(jìn)行消聲。所設(shè)計的1/4波長管參數(shù)為：管口徑0.04 m；管長度0.025 m。經(jīng)計算，其1階消聲主頻為358 Hz，噪聲傳遞損失峰值為51.2 dB。

最后，將上述設(shè)計的赫姆霍茲消聲器1，2及1/4波長管安裝于基礎(chǔ)進(jìn)氣方案上，如圖12所示。

對該進(jìn)氣系統(tǒng)的優(yōu)化方案再次進(jìn)行進(jìn)氣口噪聲2擋節(jié)氣門全開測試，并將測試結(jié)果的各階次成分與原基礎(chǔ)方案以及目標(biāo)線進(jìn)行對比。

優(yōu)化方案的進(jìn)氣口噪聲較基礎(chǔ)方案在2，4，6，8階都有極為明顯的下降，且原方案在117，260，360 Hz的峰值都得到了有效消除或衰減，如圖13所示。

進(jìn)而將進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化前后的駕駛室內(nèi)噪聲進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)在2 500～4 500 r/min范圍內(nèi)駕駛員位置右耳側(cè)A計權(quán)聲壓級下降明顯，如圖14所示，以此驗證了本次進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化的有效性。

3 結(jié)論

文章通過對某2.4 L自然吸氣發(fā)動機(jī)車型的進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)，系統(tǒng)地提出了進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計手段和優(yōu)化方法。

綜合管道聲學(xué)理論在內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)上的推廣應(yīng)用研究，采用四負(fù)載法，并結(jié)合傳統(tǒng)噪聲測試規(guī)范，成功地對2.4 L發(fā)動機(jī)進(jìn)行了進(jìn)氣聲源特性提取。再利用中低頻聲音平面波傳播模型，根據(jù)聲阻抗傳遞損失和波長相位疊加抵消原理，設(shè)計了空氣濾清器、2個赫姆霍茲消聲器及1/4波長管等消聲元件，最終將進(jìn)氣口噪聲控制在預(yù)定的設(shè)計目標(biāo)以下，降低了加速過程中的車內(nèi)噪聲。

（續(xù)完）