某乘用車(chē)排氣系統(tǒng)嘯叫成因分析

羅 靜，李飛翔，堯?yàn)t雪

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

隨著人們對(duì)生活品質(zhì)追求的不斷提高，消費(fèi)者對(duì)車(chē)輛駕乘環(huán)境、噪聲水平的要求也越來(lái)越高。同時(shí)伴隨著汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展與更迭，行業(yè)內(nèi)的競(jìng)爭(zhēng)也日趨白熱化，整車(chē)NVH 性能已然成為評(píng)價(jià)產(chǎn)品好壞的重要指標(biāo)之一。排氣系統(tǒng)作為整車(chē)噪聲主要激勵(lì)源之一，其聲品質(zhì)直接影響整車(chē)舒適性。發(fā)動(dòng)機(jī)的高速尾流排出過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生各種次生噪聲，其中當(dāng)高速尾流吹過(guò)排氣系統(tǒng)內(nèi)部的細(xì)小間隙或微小孔徑時(shí)，若產(chǎn)生高頻的嘯叫聲，會(huì)惡化車(chē)內(nèi)的主觀感受。本文將以某乘用車(chē)排氣系統(tǒng)加速嘯叫為案例，對(duì)如何開(kāi)展排氣系統(tǒng)嘯叫成因分析進(jìn)行闡述。

1 問(wèn)題描述

某乘用車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)全油門(mén)加速時(shí)車(chē)內(nèi)可聽(tīng)到尖銳的嘯叫聲。在半消聲室內(nèi)進(jìn)行異響排查，發(fā)現(xiàn)排氣系統(tǒng)尾管處輻射出的嘯叫聲最明顯，初步判斷異響由排氣系統(tǒng)產(chǎn)生，但具體位置需采集客觀數(shù)據(jù)輔助分析。為縮小嘯叫范圍，分別在排氣系統(tǒng)前消殼體、后消殼體、尾管附近按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)架設(shè)麥克風(fēng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。由尾管輻射噪聲曲線圖總聲壓級(jí)變化可看到尾噪在2 200 r/min～5 000 r/min 區(qū)間出現(xiàn)明顯峰值（圖1）；同時(shí)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(fā)現(xiàn)同一頻率區(qū)間的能量集中塊（圈出區(qū)域），但該頻率區(qū)間內(nèi)前消殼體輻射聲壓級(jí)明顯低于后消殼體及尾管，因此結(jié)合主觀及客觀數(shù)據(jù)判斷該嘯叫由后消聲器總成發(fā)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(cè)點(diǎn)頻譜圖

2 原因分析

排氣系統(tǒng)產(chǎn)生的嘯叫異響通常是一種高頻次生噪聲，經(jīng)常在加速過(guò)程中產(chǎn)生，聽(tīng)起來(lái)像pii 或poh[1]。通常排氣系統(tǒng)嘯叫異響是由于總成漏氣、高速氣通過(guò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)小間隙或小孔等原因產(chǎn)生。

2.1 后消聲器總成排查

該乘用車(chē)后消聲器總成結(jié)構(gòu)如圖3 所示，由進(jìn)氣管、后消聲器筒體及尾管組成。

圖3 后消聲器總成結(jié)構(gòu)示意圖

首先將后消聲器總成進(jìn)行氣密性檢測(cè)，并在每個(gè)焊縫表面刷肥皂水，檢測(cè)顯示總成泄漏量符合要求，且肥皂水無(wú)吹氣泡現(xiàn)象，這表明后消聲器總成無(wú)漏氣現(xiàn)象，因此判斷嘯叫聲不是漏氣產(chǎn)生。

手動(dòng)搖晃零件，沒(méi)有異響產(chǎn)生，說(shuō)明嘯叫也不是筒體內(nèi)有異物造成。

2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)排查

該乘用車(chē)后消聲器筒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖4 所示，可看到進(jìn)氣內(nèi)管、隔板上均開(kāi)有小孔，加速過(guò)程中均有可能產(chǎn)生嘯叫。

圖4 后消聲器筒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2.2.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)驗(yàn)證

為確定嘯叫產(chǎn)生位置，根據(jù)消聲器筒體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，排列組合調(diào)整進(jìn)氣管開(kāi)孔、隔板開(kāi)孔及隔板結(jié)構(gòu)形式形成驗(yàn)證方案，方案制作過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)組件零部件制造質(zhì)量要滿足設(shè)計(jì)要求，芯子裝配尺寸正確，且零件無(wú)焊接質(zhì)量問(wèn)題。

驗(yàn)證背壓對(duì)嘯叫異響的影響：兩塊隔板均增加100 個(gè)孔，得方案RM1-1（表1）。主觀結(jié)果顯示嘯叫聲特質(zhì)及聲壓級(jí)無(wú)變化，證明該嘯叫聲與背壓無(wú)關(guān)。

驗(yàn)證隔板與殼體之間間隙對(duì)嘯叫異響的影響：隔板上下兩圓弧分別開(kāi)兩個(gè)高3 mm 長(zhǎng)35 mm 開(kāi)口，得方案RM1-2（表1）。主觀結(jié)果顯示嘯叫聲特質(zhì)及聲壓級(jí)無(wú)變化，證明該嘯叫聲與隔板殼體之間間隙無(wú)關(guān)

驗(yàn)證進(jìn)氣管開(kāi)孔對(duì)嘯叫異響的影響，取消進(jìn)氣管開(kāi)孔，得方案RM1-3（表1）。主觀結(jié)果顯示嘯叫聲特質(zhì)及聲壓級(jí)無(wú)變化，證明該嘯叫聲與進(jìn)氣管開(kāi)孔無(wú)關(guān)。

驗(yàn)證氣流運(yùn)動(dòng)路徑變化對(duì)嘯叫聲的影響，在出氣管上開(kāi)孔，得方案RM1-4（表1），目的是讓一部分氣體進(jìn)入第一腔后直接從出氣內(nèi)管上的孔排出。主觀結(jié)果顯示嘯叫聲仍存在但聲壓級(jí)明顯降低，因此判斷嘯叫聲與流過(guò)隔板的氣流有關(guān)系。

表1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)驗(yàn)證方案示意圖

綜合以上結(jié)果初步判斷嘯叫聲由高速氣流通過(guò)隔板上的小孔產(chǎn)生，具體位置需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.2.2 冷流臺(tái)架確定隔板嘯叫孔位置

本次試驗(yàn)用冷流臺(tái)架核心部件為風(fēng)機(jī)，可提供0～ 450 m3/h 流量的冷態(tài)氣流，其可用來(lái)還原車(chē)輛加速過(guò)程中氣流加速通過(guò)消聲器筒體內(nèi)部的流動(dòng)情況，因此可用來(lái)還原加速過(guò)程中排氣系統(tǒng)嘯叫問(wèn)題。

首先將完整的后消聲器總成固定到冷流臺(tái)架上，讓氣流流量由0 加速到250 m3/h，加速過(guò)程中可在后消殼體附近聽(tīng)到明顯嘯叫聲，因此判定冷流臺(tái)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(gè)長(zhǎng)400 mm 寬250 mm 的窗口，并清理內(nèi)部金屬屑及異物，將開(kāi)窗口的后消聲器總成接到冷流臺(tái)架上，切下來(lái)的上殼體還原并用黑膠帶完全密封，并按原方法進(jìn)行試驗(yàn)（圖5），加速過(guò)程中在后消殼體附近仍聽(tīng)到明顯嘯叫聲且聲音特質(zhì)與未開(kāi)窗口前一致，確認(rèn)開(kāi)窗口并用黑膠帶封堵不會(huì)影響嘯叫聲判斷。將兩塊隔板開(kāi)孔分為左右兩邊共四組，逐一用黑膠帶封堵，發(fā)現(xiàn)當(dāng)封堵隔板2 左側(cè)孔時(shí)嘯叫聲完全消失，封堵其他部分時(shí)嘯叫無(wú)變化，因此判斷嘯叫聲是由隔板2 左側(cè)區(qū)域內(nèi)開(kāi)孔產(chǎn)生，具體嘯叫孔位置還需進(jìn)一步排查。繼續(xù)對(duì)隔板2 左側(cè)區(qū)域內(nèi)孔進(jìn)行逐個(gè)封堵，確認(rèn)嘯叫孔為黑色膠帶封堵處（圖6），至此通過(guò)冷流臺(tái)架鎖定了嘯叫源。

圖5 冷流臺(tái)架確定隔板嘯叫孔位置試驗(yàn)過(guò)程

圖6 隔板2 嘯叫孔位置

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本文案例，為排氣系統(tǒng)嘯叫成因分析提供一種思路方法。當(dāng)排氣系統(tǒng)出現(xiàn)嘯叫異響時(shí)可通過(guò)噪聲試驗(yàn)、氣密試驗(yàn)、調(diào)整內(nèi)部結(jié)構(gòu)、冷流臺(tái)架試驗(yàn)等方法確定嘯叫位置。