重型汽車進氣噪聲優化

路小金 付召輝

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

關鍵詞：噪聲;NVH;消聲器;優化

中圖分類號：U491.9+1? 文獻標識碼：B? 文章編號：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 人們對卡車的NVH問題也越來越重視。進氣噪聲是發動機噪聲的主要噪聲源之一 在小型高速發動機和大型增壓機中 進氣噪聲有時會比發動機本體噪聲（燃燒噪聲和機械噪聲）高5dB（A）左右 僅次于排氣噪聲[1]。

空壓機的工作原理：當空壓機開始工作時 進氣口不斷地間歇吸入空氣 進而產生壓力脈動傳送到取氣管路中形成了空氣動力性噪聲。氣流隨著空壓機氣缸進氣閥門的間斷開啟 間斷地被吸入氣缸 因此在空壓機進氣口附近產生壓力波動 它以聲波的方式由進氣系統輻射出來 從而造成了進氣噪聲。

空壓機的進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消聲器為擴張管結構的抗性消聲器。

擴張式消聲器是由室和管兩基本組成部分構成的 圖1為擴張消聲器示意圖。聲波在管道中傳播時 截面積的突變則會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 擴張室消聲器的傳遞損失可用下式計算：

2 進氣系統噪聲源分析和驗證

2.1 進氣系統噪聲源分析

改善進氣系統的噪聲首先須找到最大噪聲源 并針對最大噪聲源進行降噪。此進氣系統結構相對簡單由空氣濾清器和空氣濾清器出氣管、增壓器進氣管及卡箍組成 空壓機取氣口布置在增壓器進氣管上 進氣系統進氣口位于整車正前方正壓區進氣阻力較小 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。而此進氣系統另一個大的噪聲源為空壓機 通過主觀評價發現空氣機在泵氣時進氣噪聲最大 尤其空濾器口處噪聲明顯比不泵氣時大。斷開空壓機取氣管 空濾器口噪聲減小。因此初步判斷最大進氣噪聲是由空壓機產生的噪聲傳至進氣系統造成的。

2.2 進氣系統噪聲源試驗

針對主觀評價結果 進行試驗驗證。試驗分為四組 分別測試該車型在定置怠速和緩加速狀態下時進氣系統進氣口噪聲、定置怠速狀態下空壓機進氣口和空壓機取氣口噪聲。噪聲頻譜結果如下圖3、圖4、圖5、圖6。

3 進氣系統噪聲提升研究

3.1 優化方案設計

此車型空壓機的進氣消聲器結構為在空壓機進氣口的管路壁面上開一些比較均勻的小孔 同時在此段管路上外接直徑為孔徑3～4倍的閉合空腔而成擴張型消聲器。

本次通過三個方向對此空壓機消聲器進行優化研究 通過LMS Virtual. Lab軟件等進行CAE分析。第一組優化消聲器的孔數 分析不含孔、原消聲器、34孔、54孔、22孔的噪聲 如圖7 研究不同孔數對降噪量的影響;第二組通過優化孔的位置 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 研究吸音棉對進氣噪聲的影響。通過對消聲器孔數、消聲器孔位置、消聲器加吸音棉的研究找出最優的降噪方案。

3.2 優化方案分析

第一組不同孔數方案分析結果如下圖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1400HZ以上降噪量最大。

第三組增加吸音棉方案結果如下圖12 增加隔音棉對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較好。

由于此車型無論進氣口還是空壓機取氣口位置峰值噪聲均出現在0-1000HZ的中低頻率區 而三組方案研究發現降

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

4 優化方案實車驗證

對于優化方案選取最優的兩種方案：34孔消聲器和中間34孔+消音棉方案進行實車驗證。根據理論分析結果制作34孔消聲器和中間34孔+消音棉消聲器樣件各一件。

噪聲測試方法：麥克風布置在進氣口正前方45° 距離100mm處采用固定支架固定 汽車停放在空曠試驗場中 周圍障礙物大于3mm 風速小于2m/s 同時采集噪聲和發動機轉速信號 分別測試原狀態消聲器、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進氣口噪聲。

測量取值：最高聲級兩次測量（不超過2dB（A））取最大值 如超過2dB（A） 再重新測取最大值 數據處理結果如下表1。

根據試驗結果兩種優化后的消聲器對進氣系統噪聲優化均有貢獻 其中34孔消聲器方案降噪效果最優。

5 結論

本文針對進氣系統噪聲優化提升 提出了排查最大噪聲源的方法。針對最大噪聲源通過設計最優降噪消聲器 衰減中低頻率的噪聲 并進行整車試驗驗證 使進氣系統噪聲降低。本次進氣噪聲優化過程中的查找進氣噪聲源 設計降噪方案 試驗驗證等降噪方法 可以為后期進氣系統噪聲優化和排查提供指導和借鑒。

參考文獻

[1] 龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動—理論與應用[M].北京：北京理工大學出版社，2006：182.

[2] 陳新龍.火力發電廠除灰空壓氣機房噪聲治理[J].四川電力技術， 2005，（2）：33-35.

[3] 仇穎.封閉式制冷壓縮機噪聲特性研究與消聲途徑探索[D].北京：北京工業大學，2005.