優(yōu)化進(jìn)氣管改善氣流聲的應(yīng)用

朱 斌 程 云 劉承科 楊林強(qiáng)

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(fā)動機(jī)搭載渦輪增壓器,高壓進(jìn)氣管會帶來噪聲問題。我司一款搭載帶渦輪增壓器發(fā)動機(jī)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(jìn)氣管路的優(yōu)化工作。根據(jù)管道聲學(xué)理論,建立起高壓進(jìn)氣管路的聲學(xué)模型,使用消聲元件聲學(xué)評價指標(biāo),進(jìn)行優(yōu)化分析,初步確定方案后,對優(yōu)化樣件進(jìn)行NVH測試驗證與評估,最終鎖定優(yōu)化方案。

二、管道聲學(xué)與消聲原件評價指標(biāo)

汽車進(jìn)氣系統(tǒng)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他兩個方向的尺寸,因此通?？梢杂靡痪S聲學(xué)來分析進(jìn)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(dāng)媒質(zhì)受到壓力或者推動力時,媒質(zhì)會對傳播產(chǎn)生阻礙。管道中的聲學(xué)阻抗Z定義為聲壓與質(zhì)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(zhì)點速度的關(guān)系為U=Su。

聲音在管道內(nèi)傳播,當(dāng)管道的截面積發(fā)生變化的時候,聲阻抗也發(fā)生變化。在變截面的地方,由於阻抗發(fā)生變化,一部分入射波就會被發(fā)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(xù)傳播?？剐韵羝鞯墓ぷ髟砭褪腔谶@種阻抗的變化。

當(dāng)消聲元件安裝到系統(tǒng)中后,我們必須知道整個系統(tǒng)的消聲效果。所以對單個消聲元件和整個進(jìn)氣系統(tǒng)的消聲效果進(jìn)行評價是噪聲控制設(shè)計中最重要的問題。

傳遞損失是評價消聲元件和系統(tǒng)的消聲效果的一項重要指標(biāo)。

傳遞損失沒有包括聲源和管道終結(jié)端的聲學(xué)特性,它只與自身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。在評價單個消聲元件的消聲效果或初步評估系統(tǒng)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(yōu)化高壓進(jìn)氣管

LMS Virtual.Lab Acoustics從誕生開始多年來一直是聲學(xué)領(lǐng)域排名第一的仿真軟件,也是聲學(xué)領(lǐng)域中公認(rèn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。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(tǒng)級,從低頻到中高頻,從前處理、求解器直到結(jié)果后處理的一個完整的解決方案。建立高壓進(jìn)氣管聲學(xué)模型,進(jìn)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(xiàn)頻率在3000Hz以上。需要對高壓進(jìn)氣管的高頻消聲效果進(jìn)行優(yōu)化。對優(yōu)化后高壓進(jìn)氣管進(jìn)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(dá)到20dB,符合一般要求。

原狀態(tài)高壓進(jìn)氣管和優(yōu)化高壓進(jìn)氣管裝整車,進(jìn)行NVH客觀測試,對效果進(jìn)行評估。

D擋WOT工況時,對駕駛員右耳處噪聲進(jìn)行測試,得到以下結(jié)果：

從圖3可知,1800-2800rpm轉(zhuǎn)速范圍,3000-9000Hz頻率范圍,優(yōu)化高壓管明顯優(yōu)于原狀態(tài)高壓管。3000-9000Hz頻率范圍,優(yōu)化高壓管比原狀態(tài)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(jié)束語

隨著越來越多的整車搭載帶渦輪增壓器發(fā)動機(jī),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(xué)模型,進(jìn)行聲學(xué)分析,用傳遞損失這個聲學(xué)指標(biāo)進(jìn)行評價,對問題點進(jìn)行優(yōu)化,提高管路的傳遞損失,再對優(yōu)化樣件進(jìn)行NVH客觀測試評估,確認(rèn)優(yōu)化樣件的效果,最終解決問題。