某乘用車排氣系統嘯叫成因分析

羅 靜，李飛翔，堯瀟雪

（1.柳州五菱汽車工業有限公司，廣西柳州 545000；2.佛吉亞（柳州）排氣控制技術有限公司，廣西柳州 545000）

隨著人們對生活品質追求的不斷提高，消費者對車輛駕乘環境、噪聲水平的要求也越來越高。同時伴隨著汽車技術的發展與更迭，行業內的競爭也日趨白熱化，整車NVH 性能已然成為評價產品好壞的重要指標之一。排氣系統作為整車噪聲主要激勵源之一，其聲品質直接影響整車舒適性。發動機的高速尾流排出過程中，可能會產生各種次生噪聲，其中當高速尾流吹過排氣系統內部的細小間隙或微小孔徑時，若產生高頻的嘯叫聲，會惡化車內的主觀感受。本文將以某乘用車排氣系統加速嘯叫為案例，對如何開展排氣系統嘯叫成因分析進行闡述。

1 問題描述

某乘用車開發過程中發現全油門加速時車內可聽到尖銳的嘯叫聲。在半消聲室內進行異響排查，發現排氣系統尾管處輻射出的嘯叫聲最明顯，初步判斷異響由排氣系統產生，但具體位置需采集客觀數據輔助分析。為縮小嘯叫范圍，分別在排氣系統前消殼體、后消殼體、尾管附近按試驗標準架設麥克風，進行數據采集。由尾管輻射噪聲曲線圖總聲壓級變化可看到尾噪在2 200 r/min～5 000 r/min 區間出現明顯峰值（圖1）；同時在圖2 中的尾管輻射頻譜圖、前消殼體輻射頻譜圖、后消殼體輻射頻譜圖中均發現同一頻率區間的能量集中塊（圈出區域），但該頻率區間內前消殼體輻射聲壓級明顯低于后消殼體及尾管，因此結合主觀及客觀數據判斷該嘯叫由后消聲器總成發出。

圖1 原方案3-WOT 尾管輻射噪聲曲線圖

圖2 原方案3-WOT 各測點頻譜圖

2 原因分析

排氣系統產生的嘯叫異響通常是一種高頻次生噪聲，經常在加速過程中產生，聽起來像pii 或poh[1]。通常排氣系統嘯叫異響是由于總成漏氣、高速氣通過內部結構小間隙或小孔等原因產生。

2.1 后消聲器總成排查

該乘用車后消聲器總成結構如圖3 所示，由進氣管、后消聲器筒體及尾管組成。

圖3 后消聲器總成結構示意圖

首先將后消聲器總成進行氣密性檢測，并在每個焊縫表面刷肥皂水，檢測顯示總成泄漏量符合要求，且肥皂水無吹氣泡現象，這表明后消聲器總成無漏氣現象，因此判斷嘯叫聲不是漏氣產生。

手動搖晃零件，沒有異響產生，說明嘯叫也不是筒體內有異物造成。

2.2 內部結構排查

該乘用車后消聲器筒體內部結構如圖4 所示，可看到進氣內管、隔板上均開有小孔，加速過程中均有可能產生嘯叫。

圖4 后消聲器筒體內部結構示意圖

2.2.1 內部結構驗證

為確定嘯叫產生位置，根據消聲器筒體內部結構，排列組合調整進氣管開孔、隔板開孔及隔板結構形式形成驗證方案，方案制作過程中重點關注內組件零部件制造質量要滿足設計要求，芯子裝配尺寸正確，且零件無焊接質量問題。

驗證背壓對嘯叫異響的影響：兩塊隔板均增加100 個孔，得方案RM1-1（表1）。主觀結果顯示嘯叫聲特質及聲壓級無變化，證明該嘯叫聲與背壓無關。

驗證隔板與殼體之間間隙對嘯叫異響的影響：隔板上下兩圓弧分別開兩個高3 mm 長35 mm 開口，得方案RM1-2（表1）。主觀結果顯示嘯叫聲特質及聲壓級無變化，證明該嘯叫聲與隔板殼體之間間隙無關

驗證進氣管開孔對嘯叫異響的影響，取消進氣管開孔，得方案RM1-3（表1）。主觀結果顯示嘯叫聲特質及聲壓級無變化，證明該嘯叫聲與進氣管開孔無關。

驗證氣流運動路徑變化對嘯叫聲的影響，在出氣管上開孔，得方案RM1-4（表1），目的是讓一部分氣體進入第一腔后直接從出氣內管上的孔排出。主觀結果顯示嘯叫聲仍存在但聲壓級明顯降低，因此判斷嘯叫聲與流過隔板的氣流有關系。

表1 內部結構驗證方案示意圖

綜合以上結果初步判斷嘯叫聲由高速氣流通過隔板上的小孔產生，具體位置需要進一步驗證。

2.2.2 冷流臺架確定隔板嘯叫孔位置

本次試驗用冷流臺架核心部件為風機，可提供0～ 450 m3/h 流量的冷態氣流，其可用來還原車輛加速過程中氣流加速通過消聲器筒體內部的流動情況，因此可用來還原加速過程中排氣系統嘯叫問題。

首先將完整的后消聲器總成固定到冷流臺架上，讓氣流流量由0 加速到250 m3/h，加速過程中可在后消殼體附近聽到明顯嘯叫聲，因此判定冷流臺架可用于還原該嘯叫聲。其后沿著后消上殼體走向切割出一個長400 mm 寬250 mm 的窗口，并清理內部金屬屑及異物，將開窗口的后消聲器總成接到冷流臺架上，切下來的上殼體還原并用黑膠帶完全密封，并按原方法進行試驗（圖5），加速過程中在后消殼體附近仍聽到明顯嘯叫聲且聲音特質與未開窗口前一致，確認開窗口并用黑膠帶封堵不會影響嘯叫聲判斷。將兩塊隔板開孔分為左右兩邊共四組，逐一用黑膠帶封堵，發現當封堵隔板2 左側孔時嘯叫聲完全消失，封堵其他部分時嘯叫無變化，因此判斷嘯叫聲是由隔板2 左側區域內開孔產生，具體嘯叫孔位置還需進一步排查。繼續對隔板2 左側區域內孔進行逐個封堵，確認嘯叫孔為黑色膠帶封堵處（圖6），至此通過冷流臺架鎖定了嘯叫源。

圖5 冷流臺架確定隔板嘯叫孔位置試驗過程

圖6 隔板2 嘯叫孔位置

3 結束語

通過本文案例，為排氣系統嘯叫成因分析提供一種思路方法。當排氣系統出現嘯叫異響時可通過噪聲試驗、氣密試驗、調整內部結構、冷流臺架試驗等方法確定嘯叫位置。