某款增壓發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)的消聲器設(shè)計開發(fā)

王志強(qiáng)，白子琦，代曉旭，周 維

某款增壓發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)的消聲器設(shè)計開發(fā)

王志強(qiáng)，白子琦*，代曉旭，周 維

（華晨汽車工程研究院 動力總成綜合技術(shù)處，遼寧 沈陽 110141）

進(jìn)氣口噪聲對整車NVH起著至關(guān)重要的作用，影響著駕乘人的直觀駕乘感受，進(jìn)而影響客戶心中的整體評價。文章基于某車型進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)性能優(yōu)化，通過分析進(jìn)氣口噪聲基態(tài)測試結(jié)果，建立了有針對性的消聲器設(shè)計方案；而后，通過聲學(xué)仿真對消聲器的傳遞損失進(jìn)行了初步分析；最后又通過整車搭載對消聲器的性能進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果顯示，搭載消聲器后的進(jìn)氣口噪聲測試結(jié)果可以滿足聲學(xué)性能目標(biāo)，設(shè)計過程中涉及的仿真與試驗(yàn)方法具有一定的參考價值。

進(jìn)氣系統(tǒng)；消聲元件；NVH測試；聲學(xué)仿真

前言

由于進(jìn)氣口距離駕駛室較近，容易在駕駛室內(nèi)產(chǎn)生較大噪聲。進(jìn)氣口噪聲[1]主要來自于發(fā)動機(jī)和增壓器的運(yùn)行，在整車研發(fā)過程中，一般通過開發(fā)設(shè)計相關(guān)消聲元件來解決類似問題。本文將根據(jù)某項目的實(shí)際情況，對進(jìn)氣口噪聲進(jìn)行測試，依據(jù)測試結(jié)果建立消聲器設(shè)計方案，并應(yīng)用Virtual lab軟件輔助開發(fā)，使進(jìn)氣口滿足NVH部門相關(guān)要求，保證項目順利開發(fā)。

1 測試原理及NVH目標(biāo)

1.1 測試原理

汽車NVH測試需在半消音實(shí)驗(yàn)室，測試點(diǎn)主要布置在駕駛員右耳和進(jìn)氣口近場，測試工況為3擋節(jié)氣門全開（3擋WOT），測試距離進(jìn)氣口近場測量10 cm距離，與進(jìn)氣口方向夾角45°。

1.2 NVH目標(biāo)

進(jìn)氣噪音的主觀評價分值應(yīng)達(dá)到6.5分，評分細(xì)則依據(jù)如下：

（1）小幅加減速或急給/急收油門（Tip in/Tip out）工況，室內(nèi)不可聽到進(jìn)氣轟鳴，室外聽到進(jìn)氣噪音須溫和，平順。

（2）2擋/3擋WOT加速工況，發(fā)動機(jī)自轉(zhuǎn)速度升至5 500轉(zhuǎn)，駕駛室內(nèi)無明顯的進(jìn)氣轟鳴。整個升速過程中無任何產(chǎn)生于進(jìn)氣系統(tǒng)的共振現(xiàn)象。進(jìn)氣口噪音須保持良好的平順性，不可存在“呲呲”聲及哨音等異響。

進(jìn)氣口噪聲不可超出圖1所示的目標(biāo)線：

圖1 進(jìn)氣口噪聲目標(biāo)線

2 基態(tài)測試結(jié)果及分析

2.1 基態(tài)測試結(jié)果

按照測試原理，針對無任何消音零件的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行基態(tài)測試，以便確認(rèn)優(yōu)化方向。

圖2 基態(tài)測試方案

在半消音實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行三輪測試，對比選擇后，獲得基態(tài)測試結(jié)果如圖3所示。

2.2 優(yōu)化方案設(shè)計

通過對進(jìn)氣系統(tǒng)基態(tài)測試分析，進(jìn)氣口噪聲低轉(zhuǎn)速總聲壓級不達(dá)標(biāo)，2 200 rpm附近超出目標(biāo)線，約5 dB左右。通過瀑布圖可知，主要來自進(jìn)氣吸氣聲。進(jìn)氣口噪聲吸氣聲主要貢獻(xiàn)頻率段：1 000 Hz～2 500 Hz、4 500 Hz～7 000 Hz。 2、4、6、8階次在目標(biāo)線以下，滿足目標(biāo)要求，且駕駛室內(nèi)可以聽到明顯的發(fā)動機(jī)噪聲。

綜合上述結(jié)果，需重新評估空氣濾清器總成傳遞損失是否合理。并同時通過增加高頻噪聲消聲元件以及管路隔聲處理[2]等優(yōu)化措施來消除高頻噪聲。

通過Hyper mesh劃分和Virtual lab軟件對整套進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行傳遞損失分析，分析結(jié)果見圖4。

圖4 基態(tài)方案傳遞損失曲線

從三維聲學(xué)分析結(jié)果顯示：50 Hz～1 000 Hz進(jìn)氣空濾器消聲量基本合理；高頻1 000 Hz～2 500 Hz范圍內(nèi)進(jìn)氣吸氣聲消聲量基本滿足要求。高頻進(jìn)氣吸氣聲頻率分布較廣，從測試結(jié)果顯示主要貢獻(xiàn)頻率分為兩部分：1 000 Hz～2 500 Hz、4 500 Hz～7 000 Hz，建議選用增加高頻噪聲消聲元件來消除。

3 設(shè)計開發(fā)消聲元件及分析

3.1 設(shè)計開發(fā)消聲元件

根據(jù)前期布置預(yù)留空間，在現(xiàn)有負(fù)壓端有限空間內(nèi)設(shè)計開發(fā)消聲元件，選擇占用空間小、針對中高頻段的多孔消聲器，并設(shè)計兩種消聲器方案。預(yù)留空間為1.47 L，設(shè)計開發(fā)消聲器需≤1.47 L。應(yīng)用消聲器傳遞損失計算公式[3]進(jìn)行計算：

=2π（3）

式中：為聲速，340 m/s；為空氣密度，1.225 kg/m3；S為管路截面積，m2；為孔截面積，m2；為孔數(shù)；為管路壁厚，m；為腔體容積，m3；為頻率，Hz。

3.1.1五腔方案

通過一維計算和Virtual lab仿真分析可以獲得如下數(shù)據(jù)：

圖5 五腔方案及一維計算結(jié)果

從傳損曲線可以看出，在880 Hz～1 510 Hz頻段，平均消聲量超過10 dB（與一維計算結(jié)果基本符合）；2 080 Hz、2 450 Hz位置各存在一個波峰，頻段寬分別為50 Hz、100 Hz。

3.1.2四腔方案

通過一維計算和Virtual lab仿真分析可以獲得如下數(shù)據(jù)：

圖7 四腔方案及一維計算結(jié)果

圖8 四腔方案仿真分析結(jié)果

從傳損曲線可以看出，950 Hz位置存在一個波峰，頻段寬為100 Hz。2 500 Hz位置存在一個波峰，頻段寬75 Hz。1 300 Hz～2 100 Hz頻段內(nèi)，平均消聲量超過20 dB（與一維計算結(jié)果較為符合）。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證及篩選

4.1 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了保證分析的準(zhǔn)確性滿足設(shè)計要求，對兩種腔體均制作了快速樣件，并在半消聲實(shí)驗(yàn)室[4]進(jìn)行搭載整車進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如下圖9、圖10所示。

圖10 四腔、五腔方案與目標(biāo)線對比結(jié)果

通過上圖可以明顯看出，兩種均可以滿足設(shè)計要求，相對而言，四腔方案優(yōu)于五腔方案。且從生產(chǎn)工藝復(fù)雜難易程度，最終方案選擇四腔結(jié)果作為最終的最優(yōu)方案。

5 結(jié)論

本文根據(jù)某項目某款增壓發(fā)動機(jī)的實(shí)際情況，進(jìn)行相關(guān)的消聲器設(shè)計開發(fā)，在過程中可以發(fā)現(xiàn)，選擇合理的消聲器種類、準(zhǔn)確的計算分析、實(shí)車搭載驗(yàn)證，都是開發(fā)過程中[5]不可或缺的重要組成部分，分析為開發(fā)設(shè)計的最前沿部分，需要對不同方案進(jìn)行不同程度的驗(yàn)證，保證方案合理性。同時整車搭載試驗(yàn)又是對分析結(jié)果的最好驗(yàn)證，二者相輔相成。

[1] 楊德銀,吳孟兵,王帥.增壓器Hiss噪聲及泄氣噪聲優(yōu)化措施[J].內(nèi)燃機(jī),2021(01):11-13+18.

[2] 王博洋,張治國,趙世來,等.基于降低增壓器HISS噪聲的進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化方案研究[J].汽車實(shí)用技術(shù),2018(24):97-99.

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Development of Silencer in Air Intake System for the Supercharged Engine

WANG Zhiqiang, BAI Ziqi*, DAI Xiaoxu, ZHOU Wei

( Brilliance Auto R&D Center Powertrain Integrated Technology Section, Liaoning Shenyang 110141 )

The acoustic performance of air intake system plays an important role in vehicle NVH, which affects the driving feeling of drivers and passengers. This paper focuses on the optimization of air intake system of the vehicle. By analyzing the test results of air inlet noise, the acoustic optimization of air intake system is carried out; Then, the acoustic performance of the silencer is verified by simulation and experiment separately, the result of experiment show that the performance of the silencer could meet the target of the whole vehicle. The simulation methods and experiments involved in optimization could have a certain reference value for air intake system designing.

Air intake system; Silencer; NVH test; Acoustic simulation

B

1671-7988(2022)01-86-04

U464.9

B

1671-7988(2022)01-86-04

CLC NO.:U464.9

王志強(qiáng)，學(xué)士，進(jìn)氣系統(tǒng)工程師，就職于華晨汽車工程研究院動力總成綜合技術(shù)處，研究方向：傳遞損失仿真分析。

白子琦，學(xué)士，進(jìn)氣系統(tǒng)工程師，就職于華晨汽車工程研究院動力總成綜合技術(shù)處，研究方向：傳遞損失仿真分析。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.001.020