空濾器聲學(xué)特性及進(jìn)氣口噪聲聲品質(zhì)試驗(yàn)

李　恒，鄭　旭，劉聯(lián)鋆，甘慶良

（1.浙江大學(xué) 能源工程學(xué)院，杭州 310027；2.上海思百吉儀器系統(tǒng)有限公司 Brüel&Kj?r部門(mén)，上海 200125）

空濾器聲學(xué)特性及進(jìn)氣口噪聲聲品質(zhì)試驗(yàn)

李恒1，鄭旭1，劉聯(lián)鋆2，甘慶良1

（1.浙江大學(xué) 能源工程學(xué)院，杭州 310027；2.上海思百吉儀器系統(tǒng)有限公司 Brüel&Kj?r部門(mén)，上海 200125）

為研究空濾器總成的聲學(xué)特性，在半消聲室內(nèi)通過(guò)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)的消聲量、傳遞損失，并進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，評(píng)估進(jìn)氣口噪聲水平及聲品質(zhì)特性。首先，實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得空濾器殼體的聲學(xué)特性，并與有限元仿真計(jì)算結(jié)果相對(duì)比，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)值的準(zhǔn)確性。其次，分別研究空濾器殼體、濾芯材料的消聲量、傳遞損失，發(fā)現(xiàn)濾芯結(jié)構(gòu)的存在，在中高頻尤其是500 Hz以上大大提升空濾器的消聲性能，而對(duì)中低頻影響微小。再者，搭建發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)比分析安裝空濾器總成前后進(jìn)氣口噪聲的聲壓級(jí)水平。先后進(jìn)行穩(wěn)態(tài)工況、加速工況試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)空濾器總成幾乎在全頻段內(nèi)對(duì)進(jìn)氣噪聲均有明顯的降噪功能。最后，提取穩(wěn)態(tài)工況進(jìn)氣口聲壓頻譜，編程處理數(shù)據(jù)，分析進(jìn)氣口噪聲聲品質(zhì)水平，研究空濾器總成對(duì)進(jìn)氣口響度、尖銳度的影響。為進(jìn)一步研究并提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口噪聲聲品質(zhì)提供基礎(chǔ)與指導(dǎo)。

聲學(xué)；空濾器；濾芯；消聲量；傳遞損失；聲品質(zhì)；臺(tái)架試驗(yàn)

發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲主要由空氣動(dòng)力噪聲與結(jié)構(gòu)輻射噪聲組成［1］。針對(duì)結(jié)構(gòu)輻射噪聲的研究已較為廣泛，空氣動(dòng)力噪聲的研究仍有待深入。為使排氣噪聲得到有效控制，進(jìn)氣噪聲的研究與控制顯得尤為重要。

進(jìn)氣系統(tǒng)主要由空氣濾清器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)空濾器）以及進(jìn)氣管路組成。針對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)的NVH研究主要體現(xiàn)在兩方面：系統(tǒng)聲學(xué)特性研究、進(jìn)氣管口噪聲預(yù)測(cè)［1］。而進(jìn)氣口噪聲試驗(yàn)往往作為驗(yàn)證評(píng)估預(yù)測(cè)方法是否準(zhǔn)確的重要標(biāo)志之一，因此試驗(yàn)在研究中尤為重要。同時(shí)，空濾器本身作為典型的進(jìn)氣噪聲消聲元件，研究其聲學(xué)特性有助于指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，最終有利于進(jìn)氣噪聲的控制。賈維新通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了空濾器殼體的消聲量（noise reduction，NR），并將此作為仿真計(jì)算的驗(yàn)證值［2］。劉聯(lián)鋆等研究了紙質(zhì)濾芯的聲學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)傳遞損失（transmission loss，TL）主要在中高頻600 Hz以上發(fā)揮較好的消聲性能，但未進(jìn)行實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)氣口噪聲試驗(yàn)評(píng)估［3］。因此，本文主要就某空濾器、濾芯結(jié)構(gòu)進(jìn)行聲學(xué)特性試驗(yàn)，并與有限元法（FEM）仿真結(jié)果相驗(yàn)證，分別分析殼體以及濾芯的主要消聲特性。而在進(jìn)氣口噪聲測(cè)試方面，李恒等通過(guò)整車(chē)試驗(yàn)獲得了某汽油機(jī)乘用車(chē)的進(jìn)氣口噪聲頻譜，但試驗(yàn)中不能有效屏蔽風(fēng)噪、路面噪聲等其它環(huán)境因素的嚴(yán)重干擾［4］。因此，本文搭建發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架進(jìn)行試驗(yàn)，盡可能準(zhǔn)確地測(cè)量進(jìn)氣口噪聲水平。

此外，渦輪增壓器的配備［5］，其高速運(yùn)轉(zhuǎn)下產(chǎn)生的高頻噪聲，會(huì)顯著改變發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)輻射噪聲，尤其影響進(jìn)氣系統(tǒng)的聲學(xué)特性［6］。因此選擇增壓型發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，并提取進(jìn)氣口噪聲頻譜，數(shù)據(jù)經(jīng)后處理后，分析與研究增壓性發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口聲品質(zhì)水平。主要研究空濾器總成對(duì)進(jìn)氣管口噪聲聲品質(zhì)的改善作用，為進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口噪聲聲品質(zhì)水平提供基礎(chǔ)與指導(dǎo)。

1　理論背景

1.1消聲量

消聲量［7］為聲波流經(jīng)聲學(xué)元件的入口側(cè)聲壓級(jí)Lpi與出口側(cè)聲壓級(jí)Lpo的差值，可作為評(píng)價(jià)消聲性能的指標(biāo)之一

式中pi為消聲元件聲波入口側(cè)聲壓；po為出口側(cè)聲壓。其與管道末端特性有關(guān)，因此在仿真計(jì)算需注意末端大氣壓邊界的模擬。

1.2傳遞損失

傳遞損失［7］（TL）為聲波流經(jīng)聲學(xué)元件的入射聲功率級(jí)LWi與透射聲功率級(jí)LWt的差值，反映消聲元件本身的聲學(xué)特性，其未包括聲源及管道末端特性，因此常用傳遞損失評(píng)價(jià)消聲性能

1.3聲品質(zhì)分析

聲品質(zhì)的指標(biāo)參數(shù)有響度和尖銳度［8-10］。

響度是反映人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱主觀感受程度的心理學(xué)參數(shù)（單位為sone），可通過(guò)Zwicker提出的ISO532B標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算獲得，它以1/3倍頻帶為基礎(chǔ)，引入特征頻帶作修正，如式（3）所示

式中N'（z）N'（z）為臨界頻帶z上的特征響度。

尖銳度是表征高頻成分在聲音頻譜中的所占比例（單位為acum）。Zwicker提出的尖銳度計(jì)算模型，如式（4）所示

式中 g（z）為Zwicker依據(jù)不同臨界頻帶設(shè)置的響度計(jì)權(quán)函數(shù)，如式（5）所示

2　空濾器聲學(xué)特性研究

2.1NR、TL實(shí)驗(yàn)測(cè)量

靜態(tài)聲學(xué)特性實(shí)驗(yàn)于半消聲室內(nèi)進(jìn)行。聲源置于半消聲室外，用鐵質(zhì)金屬管將聲源引入至半消聲室。采用厚質(zhì)PPR管連接空濾器。聲學(xué)特性測(cè)試設(shè)備及儀器型號(hào)如表1所示。

表1　靜態(tài)聲學(xué)特性測(cè)試設(shè)備及儀器型號(hào)

圖1所示為空濾器NR測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，分別于空濾器上、下游各設(shè)置一個(gè)傳聲器用于測(cè)量?jī)蓚?cè)聲壓級(jí)。聲學(xué)入口測(cè)點(diǎn)傳聲器頭部端面與管壁齊平，出口測(cè)點(diǎn)傳聲器頭部端面置于出口截面中心。聲源端發(fā)射全頻范圍內(nèi)幅值為94 dB的聲波，相應(yīng)獲得聲學(xué)入口、出口側(cè)的聲壓級(jí)。

圖1　空濾器NR測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

圖2所示為空濾器TL測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，測(cè)試時(shí)在空濾器下游分別安裝兩種不同阻抗的負(fù)載（Za：原PPR管；Zb：延長(zhǎng)一段小截面PPR管，并在末端張貼吸聲棉），采用四傳聲器基于傳遞矩陣法測(cè)量空濾器的靜態(tài)TL［11］。測(cè)量中傳聲器頭部端面與管內(nèi)壁齊平，PPR管內(nèi)徑為90 mm，上、下游每對(duì)傳聲器間距為60 mm，最高分析頻率fm設(shè)為2 000 Hz，據(jù)ASTM標(biāo)準(zhǔn)E1050-1990［12］，足以滿(mǎn)足要求。

圖2　空濾器TL測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)

2.2NR、TL仿真計(jì)算

FEM在仿真計(jì)算消聲元件聲學(xué)特性方面，其準(zhǔn)確性已經(jīng)得到普遍的認(rèn)可［2］。因此為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，將采用FEM仿真計(jì)算空濾器的NR、TL。如圖3所示建立了空濾器殼體的FEM模型，實(shí)際工作中聲波由發(fā)動(dòng)機(jī)側(cè)流經(jīng)空濾器總成，最終從進(jìn)氣管口輻射向大氣。因此，聲學(xué)出口即為進(jìn)氣入口，聲學(xué)入口為氣流出口?？諡V器腔體即為擴(kuò)張腔作用，聲波在其內(nèi)部傳播引起共振起到消聲作用。

圖3　空濾器殼體FEM模型

在TL仿真時(shí)，為保證聲學(xué)出口末端全消聲，于聲學(xué)出口側(cè)設(shè)置特征聲阻抗為416.5 kg/m2·s，且后處理時(shí)需分離入口的入射聲波與反射聲波，據(jù)式（2）即可獲得系統(tǒng)的TL。其余壁面設(shè)為剛性壁面，且不考慮氣流及溫度的影響。

2.3結(jié)果分析

圖4所示為半消聲室實(shí)驗(yàn)測(cè)試與FEM仿真計(jì)算獲得的空濾器NR曲線對(duì)比。可以發(fā)現(xiàn)：兩者在1 500 Hz頻率范圍內(nèi)趨勢(shì)基本相吻合，NR曲線各峰谷值所對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)基本一致。整體而言，實(shí)驗(yàn)值的各消聲峰值、谷值發(fā)生了略微的偏移，表現(xiàn)為實(shí)驗(yàn)值略比仿真值大，而幅值上略比仿真值小。這主要是由于在FEM仿真時(shí)，設(shè)置的聲速大小與實(shí)際管內(nèi)聲波傳播速度并非不一致，而引起頻移；同時(shí)FEM仿真時(shí)將壁面視為剛性壁面，而實(shí)際中空濾器殼體為塑料材質(zhì)，存在略微的聲波透射及聲振耦合引起的殼體振動(dòng)輻射噪聲，且傳播過(guò)程中存在一定的能量耗散［4］等，故造成NR實(shí)驗(yàn)結(jié)果幅值略小。空濾器在250 Hz～650 Hz聲學(xué)表現(xiàn)較好，其N(xiāo)R均高于20 dB；且在765 Hz、1 220 Hz處均存在消聲峰值，其幅值高達(dá)40 dB以上，為空濾內(nèi)腔體局部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的消聲峰值。但也存在若干消聲谷值，如185 Hz、730 Hz、810 Hz等，表現(xiàn)為消聲性能較差?？傮w而言，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與FEM仿真結(jié)果，印證了靜態(tài)NR實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。

圖4　空濾器NR實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖5所示為實(shí)驗(yàn)測(cè)試與FEM仿真計(jì)算獲得的空濾器TL曲線對(duì)比。兩者在1 500 Hz頻率范圍內(nèi)趨勢(shì)基本相吻合，TL曲線各峰谷值所對(duì)應(yīng)的頻率點(diǎn)基本一致。且消聲峰值所在的頻率與圖4中NR所述相一致，在765 Hz、1 220 Hz處，其TL幅值分別高達(dá)20 dB、36 dB；TL幅值為零處與NR消聲谷值所對(duì)應(yīng)的頻率也相吻合，依次位于730 Hz、810 Hz等附近。而空濾器作為擴(kuò)張腔元件，其基本消聲范圍100 Hz～500 Hz內(nèi)，其TL幅值達(dá)10 dB左右。但在TL實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)于195 Hz左右產(chǎn)生一個(gè)局部的峰值，而在FEM計(jì)算時(shí)并不存在，可能是實(shí)際測(cè)試時(shí)空濾與連接管路間存在略微的安裝間隙或傳聲器置于PPR管內(nèi)引起聲波的擾動(dòng)等引起。通過(guò)兩者TL結(jié)果的對(duì)比，進(jìn)一步驗(yàn)證了半消聲室內(nèi)測(cè)試空濾器聲學(xué)特性的準(zhǔn)確性與有效性，也肯定了B&K設(shè)備與儀器在NR、TL測(cè)試方面的精確性。

圖5　空濾器TL實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4濾芯聲學(xué)特性研究

實(shí)際工作過(guò)程中，空濾器內(nèi)部附帶濾芯結(jié)構(gòu)，以此達(dá)到過(guò)濾空氣的作用，因此有必要研究濾芯結(jié)構(gòu)的靜態(tài)聲學(xué)特性。一般濾芯材料包括無(wú)紡布材料、紙質(zhì)材料兩種，該濾芯由多孔無(wú)紡布材料制成，其安裝示意如圖（6）所示。

圖6　空濾器內(nèi)部濾芯材料安裝示意

將濾芯安裝于空濾器上下殼體內(nèi)部，并加以實(shí)際工裝固定，放置于半消聲室內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)聲學(xué)特性的測(cè)試，分別獲得NR、TL如圖（7）所示。結(jié)果可知：

圖7　帶濾芯的空濾器聲學(xué)特性

在頻率范圍450 Hz內(nèi)，濾芯的存在基本不影響NR、TL曲線，即消聲性能并無(wú)明顯的改變。而高于450 Hz時(shí)，濾芯的存在顯著地提高了空濾器的整體消聲性能。NR平均提高8.0 dB左右，最為顯著的提升出現(xiàn)于1 140 Hz處，幅值達(dá)39.7 dB，其不帶濾芯時(shí)有明顯的消聲谷值，而濾芯的存在不但“抹平”了低谷，還表現(xiàn)為較好的消聲性能。同時(shí)，TL也因?yàn)闉V芯的存在平均提升達(dá)8.2 dB。然而，濾芯的存在也降低了765 Hz、1 220 Hz處的消聲峰值，使其曲線更為平滑。由此分析，濾芯在低頻范圍內(nèi)消聲能力并不明顯，而主要表現(xiàn)在中高頻段，尤其為500 Hz以上。

3　發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口噪聲臺(tái)架試驗(yàn)研究

發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)于半消聲室進(jìn)行，試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)如表2所示。

圖2是在77 K，采用N2作為吸附質(zhì)，選取典型改性樣品St1、St3、ST1 和原樣活性炭SA，測(cè)得活性炭的吸附等溫線。根據(jù)國(guó)際理論(化學(xué))與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)定義的4類(lèi)吸附等溫線的類(lèi)型，樣品均為有H1遲滯環(huán)的Ⅳ型的中孔毛細(xì)凝聚類(lèi)型。當(dāng)相對(duì)壓力P/P0<0.1時(shí)，低壓端的吸附曲線偏向Y軸，微孔對(duì)N2有較強(qiáng)的吸附。當(dāng)0.3

表2　試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)

進(jìn)氣口采用PVC管延長(zhǎng)引出，同時(shí)于測(cè)試進(jìn)氣口處，采用多孔吸音棉做屏蔽，盡可能地避免發(fā)動(dòng)機(jī)本體噪聲的干擾，如圖（8）所示。

圖8　發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)及傳聲器布置

測(cè)試進(jìn)氣口輻射噪聲，傳感器置于進(jìn)氣口法向軸線45°，距離10 cm處，采用防風(fēng)罩包裹，避免氣流對(duì)傳感器壓片薄膜的影響，減小測(cè)量誤差。另外設(shè)置振動(dòng)加速度傳感器于發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體，用于提取發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，傳感器為B&W12100型壓電加速度傳感器。

3.1穩(wěn)態(tài)工況進(jìn)氣口噪聲

分別進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)為怠速、1 000 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min工況的臺(tái)架試驗(yàn)，獲得了相應(yīng)的進(jìn)氣口噪聲頻譜，如圖（9）所示。

在各穩(wěn)態(tài)工況下，空濾器總成（帶濾芯，下同）的存在均使得進(jìn)氣口噪聲有明顯的降低，也進(jìn)一步印證了空濾器具有過(guò)濾空氣的主要功能外，還對(duì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣噪聲有顯著的作用。特別地，在脫軸（發(fā)動(dòng)機(jī)與測(cè)功機(jī)傳動(dòng)軸脫離）怠速工況，空濾器總成的存在大大降低了100 Hz～700 Hz頻段內(nèi)的噪聲，這也與圖7所述空濾器的聲學(xué)特性相一致；而在800 Hz以上，進(jìn)氣口噪聲存在略微的降低，但降低幅值不明顯，主要是因?yàn)榈∷俟r進(jìn)氣管內(nèi)幾乎無(wú)氣流存在，進(jìn)氣噪聲主要表現(xiàn)為中低頻的周期性壓力脈動(dòng)，高頻氣流噪聲不明顯，因此消聲性能表現(xiàn)也較明確。而在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 000 r/min、2 000 r/min、3 000 r/min穩(wěn)態(tài)工況下，進(jìn)氣氣流的存在使得進(jìn)氣噪聲中高頻氣流噪聲較為明顯，因此空濾器總成的存在對(duì)該頻段噪聲的衰減最為突出。特別在800 Hz～1 150 Hz頻段內(nèi)，增加空濾器總成后，進(jìn)氣口噪聲出現(xiàn)顯著的降低，同時(shí)在1 450 Hz以上范圍也表現(xiàn)為較好的消聲性能。此外，在測(cè)試過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)與測(cè)功機(jī)傳動(dòng)軸相連接，測(cè)功機(jī)尤其是傳動(dòng)軸引起的噪聲也會(huì)對(duì)進(jìn)氣口造成干擾。

圖9　各穩(wěn)態(tài)工況進(jìn)氣口噪聲頻譜

在頻域范圍內(nèi)，將無(wú)空濾、有空濾狀態(tài)進(jìn)氣口噪聲作差，即可獲得該發(fā)動(dòng)機(jī)空濾器系統(tǒng)的插入損失（insertion loss，IL）1/3倍頻程結(jié)果，如圖（10）所示。

圖10　各穩(wěn)態(tài)工況下空濾器的插入損失

可以發(fā)現(xiàn)：空濾器總成的存在，各穩(wěn)態(tài)工況下進(jìn)氣口噪聲均得以有效的降低；尤其是脫軸怠速工況，其IL在80 Hz特征頻帶最高幅值達(dá)35.3 dB（A），平均值達(dá)25.3 dB（A）?？傮w而言進(jìn)氣氣流的存在，會(huì)使得空濾器總成的消聲能力在中高頻表現(xiàn)的更為突出，IL平均值達(dá)15.0 dB（A）；而無(wú)氣流（怠速）工況，則相反，這與上述進(jìn)氣口噪聲頻譜分析結(jié)論相一致。此外，除怠速外，其它穩(wěn)態(tài)工況下，IL曲線在特征頻帶高于163 Hz范圍基本無(wú)明顯差異，而在低頻區(qū)域差異較明顯。

3.2加速工況進(jìn)氣口噪聲

圖11　加速工況進(jìn)氣口噪聲時(shí)頻圖

為研究該發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口噪聲瞬態(tài)特性，測(cè)試獲得了發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 200 r/min～5 400 r/min的WOT加速工況進(jìn)氣口時(shí)頻分析結(jié)果，如圖（11）所示。對(duì)比安裝空濾器總成前后的進(jìn)氣口噪聲時(shí)頻譜可知，有空濾器的情況下，進(jìn)氣口噪聲得到了顯著的降低，主要表現(xiàn)為兩方面：一方面是階次噪聲成分，安裝空濾器總成后，原狀態(tài)中最為明顯的2、4、6、8階次成分得到了很好的衰減，僅存留一部分的2階、4階成分，而此為發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)工作時(shí)特有的成分，存留是必然的。另一方面是中低轉(zhuǎn)速工況600 Hz～2 000 Hz頻段內(nèi)的寬頻氣流噪聲成分（圖（a）中虛線框所示）。安裝空濾器總成后，該區(qū)域?qū)掝l成分得到明顯的衰減。當(dāng)然其它轉(zhuǎn)速、頻段也有相應(yīng)的降低，而局部區(qū)域也存在略微的惡化（圖（b）虛線框所示），可能是測(cè)功機(jī)及傳動(dòng)軸等其它噪聲干擾所致。因?yàn)榘惭b空濾器總成后，進(jìn)氣口噪聲水平得以降低，而傳動(dòng)軸等其它噪聲仍未變化，以致誤差存在。

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)瞬態(tài)加速測(cè)試結(jié)果，分別提取加速過(guò)程中的不同轉(zhuǎn)速工況進(jìn)氣口聲壓級(jí)水平，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 800 r/min～4 800 r/min，每隔600 r/min提取一個(gè)結(jié)果，如表3所示。安裝空濾器總成后進(jìn)氣口噪聲水平得到顯著的降低，聲壓級(jí)總值平均降低幅值達(dá)16.2 dB（A），2階降低33.0 dB（A）、4階降低31.1 dB（A）、6階降低27.1 dB（A）。因此空濾器總成系統(tǒng)在進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲控制方面有著不可或缺的作用，設(shè)計(jì)優(yōu)良的空濾器總成，在達(dá)到過(guò)濾空氣的同時(shí)也將達(dá)到良好的聲學(xué)性能，而這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也將更好地指導(dǎo)空濾器總成的前期設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。

表3　不同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速工況進(jìn)氣口聲壓級(jí)總值及階次噪聲水平

3.3進(jìn)氣口噪聲聲品質(zhì)分析

如圖12所示為發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)不同穩(wěn)態(tài)工況下，計(jì)算處理獲得的進(jìn)氣口聲壓級(jí)總值Overall、響度Loudness以及尖銳度Sharpness參數(shù)。安裝空濾器總成后，進(jìn)氣口聲壓級(jí)總值、響度、尖銳度明顯降低。4種工況下聲壓級(jí)總值降低值11.9、12.3、14.1、13.1 dB（A），降低幅度依次為16.0%、12.4%、12.8%、11.5%。響度降低幅值分別為15.5、84.6、166.1、210.0 sone，降低幅度依次為48.3%、60.5%、64.5%、63.3%。尖銳度降低幅值分別為-0.1、0.4、0.5、0.5 acum，降低幅度依次為-7.7%、21.1%、20.9%、19.1%。3個(gè)參量基本隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì)，安裝空濾器總成后聲壓級(jí)總值的降低值保持較為平穩(wěn)；響度的降低值則隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而增大，但降低幅度也相對(duì)較平穩(wěn)；而尖銳度則略有差異，尤其在發(fā)動(dòng)機(jī)脫軸怠速工況，進(jìn)氣口噪聲尖銳度反而增大了，但增大幅度并非很大。這與怠速穩(wěn)態(tài)頻譜分析結(jié)論相一致，中高頻區(qū)域噪聲降低并不明顯，而中高頻成分對(duì)聲品質(zhì)參數(shù)尖銳度的影響較為敏感，因此出現(xiàn)略微的不降反增的結(jié)果?？傮w而言，安裝空濾器總成后，進(jìn)氣口噪聲聲品質(zhì)得到了明顯的改善，可為后期深入研究發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣口噪聲聲品質(zhì)提供基礎(chǔ)與指導(dǎo)。

圖12　各穩(wěn)態(tài)工況進(jìn)氣口噪聲聲品質(zhì)指標(biāo)

4　結(jié)語(yǔ)

（1）采用B&K聲源及功放、B&K數(shù)據(jù)采集器，基于Pulse分析系統(tǒng)，于半消聲室內(nèi)實(shí)驗(yàn)測(cè)試獲得空濾器殼體的靜態(tài)聲學(xué)特性，并與FEM仿真計(jì)算結(jié)果相對(duì)比，驗(yàn)證了測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性、準(zhǔn)確性；

（2）分別通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了空濾器殼體、濾芯材料的NR、TL，發(fā)現(xiàn)濾芯結(jié)構(gòu)的存在，主要對(duì)中高頻尤其是500 Hz以上消聲能力有較高的提升，而對(duì)中低頻并無(wú)顯著的作用；

（3）搭建發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)，對(duì)比分析了安裝空濾器總成前后進(jìn)氣口噪聲的噪聲水平。依次通過(guò)穩(wěn)態(tài)工況、加速工況試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)空濾器總成幾乎在全頻段對(duì)進(jìn)氣噪聲均有明顯的降噪功能；且分析了進(jìn)氣口噪聲聲品質(zhì)水平，發(fā)現(xiàn)響度、尖銳度均得到較大幅度的降低，其降低幅度分別高達(dá)59.2%，13.4%左右，為進(jìn)一步研究進(jìn)氣噪聲聲品質(zhì)提供基礎(chǔ)；

（4）試驗(yàn)中仍不可避免部分測(cè)功機(jī)傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)本體輻射等其它環(huán)境噪聲影響，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生了略微的誤差，需要在后期進(jìn)行改進(jìn)與完善。

［1］LIU C，HAO Z Y，CHEN X R.Optimal design of acoustic performanceforautomotiveair-cleaner［J］.Applied Acoustics，2010；71:431-438.

［2］賈維新.發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)噪聲和進(jìn)氣噪聲的數(shù)字化仿真及優(yōu)化設(shè)計(jì)研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2008.

［3］劉聯(lián)鋆，郝志勇，劉遲.空氣濾清器流動(dòng)阻力與噪聲特性的仿真和優(yōu)化［J］.汽車(chē)工程，2011，12（33）：1092-1097.

［4］李恒，郝志勇，劉聯(lián)鋆，等.多腔穿孔消聲器聲學(xué)特性三維時(shí)域計(jì)算及評(píng)估［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2015，49（5）：887-892.

［5］GRAEFENSTEIN A J，WENZEL W.“Herschel-Quincke Spiral”A New Interference Silencer［EB/OL］.［2016-04-04］.http://digitallibrary.sae.org/content/2003-01-1722.

［6］LEE I J，SELAMET A，KIM H.Design of a multichamber silencer for turbocharger noise［EB/OL］.［2016-04-04］.http://digitallibrary.sae.org/content/2009-01-2048.

［7］龐劍，諶剛，何華.汽車(chē)噪聲與振動(dòng)［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2006：198-203.

［8］MAO JIE，HAO ZHI-YONG，JING GUO-XI，et al.Sound quality improvement for a four-cylinder diesel engine by the block structure optimization［J］.Applied Acoustics，2013，74:150-159.

［9］夏世東.轎車(chē)車(chē)門(mén)關(guān)閉聲的聲品質(zhì)研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2007.

［10］申秀敏，左曙光，李林，等.車(chē)內(nèi)噪聲聲品質(zhì)的支持向量機(jī)預(yù)測(cè)［J］.振動(dòng)與沖擊，2010，29（6）：66-68.

［11］王雪仁，繆旭弘，季振林，等.管道和消聲器聲學(xué)性能的試驗(yàn)測(cè)量技術(shù)研究［J］.內(nèi)燃機(jī)工程，2009，30（2）：39-44.

［12］徐航手，康鐘緒，季振林.排氣消聲器傳遞損失的實(shí)驗(yàn)測(cè)量與分析［J］.噪聲與振動(dòng)控制，2009，29（4）：128-131.

［13］MUNJAL M L.Acoustics of ducts and mufflers with application to exhaust and ventilation system design［M］. New York:Wiley，1987:47-49.

Tests ofAcoustic Performance ofAir-filters and Sound Quality of Intake Noise

LIHeng1，ZHENGXu1，LIU Lian-yun2，GAN Qing-liang1
（1.College of Energy Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China；2.Brüel&Kj?r Dept.Spectris Instrumentation&System Shanghai Co.Ltd.，Shanghai 200125，China）

In order to investigate the acoustic performance of the air-filter assembly，the static noise reduction and transmission loss are measured in a semi-anechoic room.Furthermore，the engine bench test is carried out.Accordingly，the sound pressure level and the sound quality of the intake noise are evaluated.First of all，the acoustic performance of the airfilter is measured and the results are verified though the finite element simulation.Then，the noise reduction and the transmission loss of the air-filter are obtained and analyzed though the tests with/without filter element inside.The results indicate that the filter element performs well in noise attenuation in the frequency range above 500 Hz，but does not so well in the middle-and-low frequency range.Subsequently，the engine bench test is conducted under the condition of steady state and accelerating state.It is found that the air-filter with the filter element inside has good intake noise attenuation effect almost in the whole frequency range.Finally，the intake sound pressure frequency spectrum is acquired in the steady state operation condition and the sound quality is analyzed.In addition，the influence of the air-filter assembly on the loudness and sharpness of the intake noise are analyzed.This work provides a basis for further improvement of the sound quality of the intake noise of internal-combustion engines.

acoustics；air-filter；filter element；noise reduction；transmission loss；sound quality；bench test

TK417+.125

ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006-1335.2016.05.016

1006-1355（2016）05-0075-07

2016-04-05

李恒（1989-），男，浙江省蘭溪市人，博士研究生，主要研究方向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)現(xiàn)代設(shè)計(jì)CAE及進(jìn)、排氣系統(tǒng)NVH性能研究。E-mail:alfred0622@163.com