優化進氣管改善氣流聲的應用

朱 斌 程 云 劉承科 楊林強

重慶渝安淮海動力有限公司 重慶 404100

一、前言

為滿足動力性等性能要求,越來越多的發動機搭載渦輪增壓器,高壓進氣管會帶來噪聲問題。我司一款搭載帶渦輪增壓器發動機的乘用車,加速1800-2800rpm,存在氣流聲問題,很容易引起用戶的抱怨。

本文針對此問題開展了高壓進氣管路的優化工作。根據管道聲學理論,建立起高壓進氣管路的聲學模型,使用消聲元件聲學評價指標,進行優化分析,初步確定方案后,對優化樣件進行NVH測試驗證與評估,最終鎖定優化方案。

二、管道聲學與消聲原件評價指標

汽車進氣系統由管道和消聲元件組成,聲音沿著管道的軸向傳播,軸向尺寸遠遠大于其他兩個方向的尺寸,因此通常可以用一維聲學來分析進氣管中聲音的傳播特性。在管道中,波動方程簡化為一維波動方程：

阻抗是指當媒質受到壓力或者推動力時,媒質會對傳播產生阻礙。管道中的聲學阻抗Z定義為聲壓與質點體積速度的比值,即：

式中,u、U和S分別是管道中的速度、體積速度和截面積,體積速度與質點速度的關系為U=Su。

聲音在管道內傳播,當管道的截面積發生變化的時候,聲阻抗也發生變化。在變截面的地方,由於阻抗發生變化,一部分入射波就會被發射回原來的管道,而另一部分入射波會在新的截面管道中繼續傳播。抗性消音器的工作原理就是基于這種阻抗的變化。

當消聲元件安裝到系統中后,我們必須知道整個系統的消聲效果。所以對單個消聲元件和整個進氣系統的消聲效果進行評價是噪聲控制設計中最重要的問題。

傳遞損失是評價消聲元件和系統的消聲效果的一項重要指標。

傳遞損失沒有包括聲源和管道終結端的聲學特性,它只與自身的結構有關。在評價單個消聲元件的消聲效果或初步評估系統的消聲性能時,通常用傳遞損失。傳遞損失是評價消聲元件消聲效果最簡單有效的一種方法。

三、基于LMS Virtual Lab Acoustics優化高壓進氣管

LMS Virtual.Lab Acoustics從誕生開始多年來一直是聲學領域排名第一的仿真軟件,也是聲學領域中公認的工業標準。LMS Virtual.Lab A-coustics提供了從振動噪聲到流體噪聲,從聲輻射到聲-振耦合,從部件級到系統級,從低頻到中高頻,從前處理、求解器直到結果后處理的一個完整的解決方案。建立高壓進氣管聲學模型,進行傳遞損失分析。得到傳遞損失曲線如圖1所示。

從圖1可知,3000Hz以上的高頻范圍,傳遞損失不到20dB,而此氣流聲的主要貢獻頻率在3000Hz以上。需要對高壓進氣管的高頻消聲效果進行優化。對優化后高壓進氣管進行分析,得到傳遞損失曲線如圖2所示：

從圖2可知,除3000Hz以下的傳遞損失增加外,3000-9000Hz的傳遞損失也基本達到20dB,符合一般要求。

原狀態高壓進氣管和優化高壓進氣管裝整車,進行NVH客觀測試,對效果進行評估。

D擋WOT工況時,對駕駛員右耳處噪聲進行測試,得到以下結果：

從圖3可知,1800-2800rpm轉速范圍,3000-9000Hz頻率范圍,優化高壓管明顯優于原狀態高壓管。3000-9000Hz頻率范圍,優化高壓管比原狀態高壓管噪聲降低1-1.5dB,基本消除了此氣流聲,解決用戶抱怨的問題。

四、結束語

隨著越來越多的整車搭載帶渦輪增壓器發動機,增壓器和高壓管路帶來的NVH問題也在增多。對于氣流聲的問題,可借助LMS Virtual Lab Acoustics平臺,建立管路聲學模型,進行聲學分析,用傳遞損失這個聲學指標進行評價,對問題點進行優化,提高管路的傳遞損失,再對優化樣件進行NVH客觀測試評估,確認優化樣件的效果,最終解決問題。