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發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化
引導(dǎo)語(yǔ)：下面小編整理出來(lái)的關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化一些介紹以及資料，希望針對(duì)在學(xué)習(xí)模具設(shè)計(jì)這一塊的小伙伴們，都能用得上哦!
1 前言
現(xiàn)在NVH(噪聲、振動(dòng)與舒適性)性能已經(jīng)成為評(píng)價(jià)汽車品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)。各大整車廠都致力于通過(guò)提高汽車的NVH 性能來(lái)提升其品牌價(jià)值與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，隨著人們對(duì)噪聲污染的不斷重視，針對(duì)汽車噪聲的法規(guī)也不斷嚴(yán)格 。進(jìn)氣噪聲作為汽車的一個(gè)重要噪聲源也得到了足夠的重視。而傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段已不能針對(duì)市場(chǎng)需求，快速反應(yīng)，設(shè)計(jì)出滿足要求的進(jìn)氣系統(tǒng)。運(yùn)用現(xiàn)代的CAE技術(shù)開(kāi)發(fā)進(jìn)氣系統(tǒng)勢(shì)在必行。
本文闡述了一款自吸發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲的優(yōu)化過(guò)程。在該過(guò)程中運(yùn)用CAE技術(shù)，分析了整個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)(包括進(jìn)氣歧管在內(nèi))的聲場(chǎng)特性，發(fā)現(xiàn)原進(jìn)氣系統(tǒng)在降噪作用方面的缺陷。通過(guò)計(jì)算分析，合理設(shè)計(jì)、布置消聲單元，禰補(bǔ)了原進(jìn)氣系統(tǒng)在降噪方面的不足。
2 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲源及降噪措施
2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲源
發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的噪聲源，包含各種類型的噪聲，每種噪聲產(chǎn)生的機(jī)理也各不相同。因此，對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲進(jìn)行優(yōu)化首先要明確各個(gè)噪聲源產(chǎn)生的原因，并確定各個(gè)噪聲源的貢獻(xiàn)量，再有針對(duì)性地解決噪聲問(wèn)題。
進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲從總體上可以分為空氣噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲兩大類。
空氣噪聲包括脈動(dòng)噪聲和流體噪聲。脈動(dòng)噪聲是由進(jìn)氣門的周期性開(kāi)、閉而產(chǎn)生的壓力起伏變化所形成的 。這部分噪聲主要影響進(jìn)氣系統(tǒng)低頻噪聲特性。另外如果進(jìn)氣管的空氣柱的固有頻率與周期性脈動(dòng)噪聲的主要頻率一致時(shí)，會(huì)產(chǎn)生空氣柱的共鳴聲。此外由于進(jìn)氣口和前側(cè)板之間可能形成一個(gè)共鳴腔，可能產(chǎn)生額外的共鳴噪聲 。流體噪聲是氣流以高速流經(jīng)進(jìn)氣門流通截面，形成渦流，產(chǎn)生的高頻噪聲。由于進(jìn)氣門流通截面是不斷變化的，故這種噪聲具有一定寬度的頻率分布，主要頻率成分在1000Hz以上。此外在節(jié)氣門體處有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生渦流噪聲。
進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輻射噪聲，是由于塑料殼體較小的剛度特性造成的，在內(nèi)部壓力波的激勵(lì)下，殼體產(chǎn)生振動(dòng)，外表面推動(dòng)空氣產(chǎn)生波動(dòng)，從而輻射出噪聲。這里所說(shuō)的內(nèi)部壓力波實(shí)際上就是殼體內(nèi)部的聲波 。
2.2 發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的降噪措施
流體噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲處理的方法相對(duì)比較單一，而且往往不是進(jìn)氣系統(tǒng)的主要噪聲。這里主要探討低頻噪聲的降噪措施。
1)合理設(shè)計(jì)空氣濾清器。根據(jù)安裝空間設(shè)計(jì)空氣濾清器本體。空氣濾清器容積應(yīng)該盡可能的大，這樣傳遞損失大而且覆蓋的頻帶寬�？諡V器的進(jìn)氣管和出氣管有時(shí)會(huì)插入到空濾器中，插入的長(zhǎng)度對(duì)傳遞損失有影響，不同的插入長(zhǎng)度都能夠提高空濾器的傳遞損失，但插入管會(huì)帶來(lái)較大的功率損失，其功率損失要比減小管道截面積帶來(lái)的損失還要大 。
2)確定空濾器進(jìn)出管的管徑和長(zhǎng)度。減小空濾器進(jìn)、出管管徑，增大擴(kuò)張比，對(duì)降低噪聲有好處，但是會(huì)增加進(jìn)氣系統(tǒng)的壓力損失，降低發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。進(jìn)氣管的長(zhǎng)度的會(huì)影響到空氣濾清器的有效消聲頻率，隨著進(jìn)氣管長(zhǎng)度的增加，空氣濾清器有效消聲頻率將移向低頻，所設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)需要合理確定進(jìn)、出氣管的長(zhǎng)度也很重要。
3)合理使用消聲單元。常用的消聲單元有赫姆霍茲共振腔、1/4波長(zhǎng)管、1/2波長(zhǎng)管等。赫姆霍茲消聲器一般是針對(duì)低頻的，1/4波長(zhǎng)管一般用來(lái)消除高頻噪聲。
4)特殊的消聲措施。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙空間不能滿足布置消聲單元要求時(shí)，可以考慮使用特殊的消聲措施，如采用進(jìn)氣編織管，可以在較寬的范圍內(nèi)，取得消聲效果。在空氣濾清器模態(tài)高聲壓集中區(qū)域布置多孔吸聲材料。
3 原進(jìn)氣系統(tǒng)聲源識(shí)別及根源探究
為了準(zhǔn)確識(shí)別進(jìn)氣系統(tǒng)的噪聲源，同時(shí)測(cè)試了進(jìn)氣口噪聲和空氣濾清器殼體輻射噪聲。對(duì)比發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣口噪聲占主要成分。從圖1可以看出，總聲壓級(jí)線性度差，而且比設(shè)定的進(jìn)氣口噪聲目標(biāo)高出許多。二階噪聲在1900轉(zhuǎn)時(shí)存在峰值，四階噪聲在4000轉(zhuǎn)時(shí)存在峰值，六階噪聲在2636轉(zhuǎn)時(shí)存在峰值，八階噪聲在2000轉(zhuǎn)時(shí)存在峰值。除二級(jí)噪聲外，其它這幾個(gè)峰值對(duì)應(yīng)的頻率基本一致。二階噪聲在63Hz處的峰值，造成了車內(nèi)的共鳴聲。
4 進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)
4.1 設(shè)計(jì)赫姆霍茲共振器
為了消除二階噪聲在63Hz處噪聲峰值，同時(shí)根據(jù)空間布置要求，設(shè)計(jì)了一個(gè)3L的赫姆霍茲共振器。設(shè)計(jì)赫姆霍茲共振腔的關(guān)鍵是選對(duì)安裝位置。不恰當(dāng)?shù)陌惭b位置往往起不到應(yīng)有的作用。按照相關(guān)的噪聲理論，赫姆霍茲共振器應(yīng)布置在聲壓最大的區(qū)域。從圖3中可以看出，聲壓最大的區(qū)域是在進(jìn)氣歧管上。在這里布置赫姆霍茲消聲器是不現(xiàn)實(shí)的。實(shí)際最優(yōu)位置應(yīng)在進(jìn)氣管的進(jìn)口處。在設(shè)計(jì)赫姆霍茲共振腔時(shí)，還要考慮到進(jìn)氣系統(tǒng)的溫度與流速對(duì)當(dāng)?shù)芈曀俚挠绊�。流速�?duì)聲速的影響比較重要。在轉(zhuǎn)速低工況時(shí)，流速較慢，對(duì)聲速影響相對(duì)較小。從圖6可以看出，添加赫姆霍茲共振器后，在60Hz左右處的傳遞損失得到改善。
4.2 添加1/4波長(zhǎng)管
針對(duì)260Hz左右存在的谷帶，設(shè)計(jì)了一個(gè)1/4波長(zhǎng)管。與設(shè)計(jì)赫姆霍茲共振腔一樣，設(shè)計(jì)1/4波長(zhǎng)管時(shí)，首先要考慮的是安裝位置(見(jiàn)圖7)。其次還要考慮流速和溫度對(duì)聲速的影響。這里與赫姆霍茲共振腔有區(qū)別的地方是1/4波長(zhǎng)管要在三個(gè)不同轉(zhuǎn)速下都能起到降噪的作用。而且這三個(gè)轉(zhuǎn)速跨度比較大，從2000rmp到4000rmp。進(jìn)氣流速大致從10m/s到21m/s。添加1/4波長(zhǎng)管后，在260Hz左右處的傳遞損失得到很大改善。
4.3 試驗(yàn)驗(yàn)證
為了驗(yàn)證優(yōu)化效果，我們制作了快速樣件，進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證。二階噪聲在1900rmp時(shí)的峰值從100dB(A)下降到94 dB(A)，四階噪聲在4000rmp時(shí)的峰值從102dB(A)下降到87dB(A)，六階噪聲在2636rmp時(shí)的峰值從93dB(A)下降到73dB(A)，八階噪聲在2000rmp時(shí)的峰值從90dB(A)下降到73dB(A)，總聲壓級(jí)也得到很大改善
5 總結(jié)
1)在進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲優(yōu)化時(shí)，要明確產(chǎn)生噪聲問(wèn)題的根源，才能有針對(duì)性的提出解決問(wèn)題的方案;
2)計(jì)算進(jìn)氣系統(tǒng)的聲場(chǎng)性質(zhì)時(shí)，最好是將進(jìn)氣歧管包含在內(nèi)一起計(jì)算，這樣可以更全面地考察進(jìn)氣系統(tǒng)的聲場(chǎng)性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣噪聲傳遞路徑上的缺陷，提出改進(jìn)措施;
3)在進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化時(shí)，要清楚各個(gè)消聲單元的作用和消聲原理，同時(shí)也要綜合考慮到消聲措施對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能的影響，以及產(chǎn)生其它噪聲的可能因素。
4)Sysnoise聲學(xué)軟機(jī)能夠精確模擬進(jìn)氣系統(tǒng)的聲場(chǎng)性質(zhì)，滿足設(shè)計(jì)要求，加快了開(kāi)發(fā)程，節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本，成為進(jìn)氣優(yōu)化設(shè)計(jì)的一種重要工具。
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