发动机进气系统的噪声优化

导读:我整理了一些关于发动机进气系统噪声优化的介绍和资料，希望对正在学习模具设计的朋友有用！

1前言

现在NVH(噪声、振动和舒适性)性能已经成为评价汽车质量的重要指标。所有主要汽车制造商都致力于通过改善汽车的NVH性能来提高其品牌价值和市场竞争力。同时，随着人们对噪声污染越来越重视，针对汽车噪声的法律法规也越来越严格。进气噪声作为汽车的重要噪声源，也受到了足够的重视。然而，传统的设计方法已经不能快速响应市场需求，设计出符合要求的进气系统。利用现代CAE技术开发进气系统势在必行。

描述了自吸式发动机进气系统的噪声优化过程。在此过程中，利用CAE技术对整个进气系统(包括进气歧管)的声场特性进行分析，发现原进气系统在降噪方面的缺陷。通过计算分析，消声器单元设计布置合理，您弥补了原进气系统在降噪方面的不足。

2发动机进气系统噪声源及降噪措施

2.1发动机进气系统噪声源

发动机的进气系统是一个非常复杂的噪声源，其中包含各种类型的噪声，每种噪声产生的机理也是不同的。因此，对进气系统的噪声进行优化，首先要明确各噪声源产生的原因并确定各噪声源的贡献，然后有针对性地解决噪声问题。

进气系统噪声一般可分为两类:空气噪声和结构噪声。

空气噪声包括脉动噪声和流体噪声。脉动噪声是由进气门周期性开启和关闭引起的压力波动形成的。这部分噪声主要影响进气系统的低频噪声特性。另外，如果进气管中气柱的固有频率与周期性脉动噪声的主频一致，就会产生气柱的* * *声。此外，在进气口和前侧板之间可能有一个振铃空腔，这可能会产生额外的振铃噪声。流体噪声是空气高速流过进气门过流段，形成涡流而产生的高频噪声。由于进气门流通截面不断变化，这种噪声具有一定的宽度频率分布，主要频率成分在1000Hz以上。此外，节气门体处有时会出现涡流噪声。

进气系统结构的辐射噪声是塑料外壳刚性小造成的。在内部压力波的激励下，壳体振动，外表面推动空气产生波动，从而辐射噪声。这里说的内压波，其实就是壳体内部的声波。

2.2发动机进气系统的降噪措施

流体噪声和结构噪声的处理方法比较简单，往往不是进气系统的主要噪声。本文主要讨论低频噪声的降噪措施。

1)空气滤清器的合理设计。根据安装空间设计空气滤清器壳体。空气过滤器的体积要尽可能大，这样传输损耗大，覆盖频率带宽。空气滤清器的进气管和出气管有时会插入空气滤清器，插入的长度对传输损耗有影响。不同的插入长度可以提高空气滤清器的传输损耗，但是插入管道会带来更大的功率损耗，甚至大于减少管道截面积带来的损耗。

2)确定空气过滤器进出口管的直径和长度。减小空气滤清器的进排气管直径，增大膨胀比有利于降低噪声，但会增加进气系统的压力损失，降低发动机的进气量，影响发动机的性能。进气管的长度会影响空气滤清器的有效消声频率。随着进气管长度的增加，空气滤清器的有效消声频率会向低频移动。根据设计需要合理确定进气管和出气管的长度也很重要。

3)合理使用消声单元。常用的消声单元有亥姆霍兹共振器、1/4波长管、1/2波长管等。亥姆霍兹消声器一般针对低频，1/4波长管一般用于消除高频噪声。

4)特殊的噪声消除措施。当机舱空间不能满足布置消声单元的要求时，可考虑采用特殊的消声措施，如采用进气编织管，可在较大范围内达到消声效果。在空气净化器模式下，在高声压集中区域设置多孔吸声材料。

3原进气系统的来源识别和根源探究

为了准确识别进气系统的噪声源，同时对空气滤清器壳体的进气噪声和辐射噪声进行测试。通过比较发现，进气噪声是主要成分。从图1可以看出，总声压级的线性度较差，远高于设定的进气噪声目标。二阶噪声峰值在1900 rpm，四阶噪声峰值在4000 rpm，六阶噪声峰值在2636 rpm，八阶噪声峰值在2000 rpm。除了二次噪声，其他这些峰值对应的频率基本相同。二阶噪声在63Hz处的峰值导致了车内的* * *声。

4进气系统的优化设计

4.1设计亥姆霍兹* * *振动器

为了消除63Hz处的二阶噪声峰值，根据空间布局的要求，设计了3L亥姆霍兹振荡器。设计亥姆霍兹共振器的关键是选择正确的安装位置。安装位置不当往往起不到应有的作用。根据相关噪声理论，亥姆霍兹振子应布置在声压最高的区域。从图3中可以看出，声压最大的区域位于进气歧管上。在这里布置亥姆霍兹消声器是不现实的。实际的最佳位置应该在进气管的入口处。在设计亥姆霍兹共鸣器时，还要考虑进气系统的温度和流量对局部声速的影响。速度对声速的影响更重要。转速较低时，流速较慢，对声速的影响相对较小。从图6可以看出，增加亥姆霍兹振子后，60Hz左右的传输损耗有所改善。

4.2添加1/4波长管

1/4波长管是为260赫兹左右的谷区设计的。像设计亥姆霍兹* * *谐振器一样，在设计1/4波长管时，首先要考虑的就是安装位置(见图7)。其次，要考虑速度和温度对声速的影响。这里与亥姆霍兹共振器不同的是，1/4波长管可以在三种不同的速度下降低噪音。而且这三个速度的跨度比较大，从2000rmp到4000rmp。入口流量大致从10m/s到21m/s，加入1/4波长管后，260Hz左右的传输损耗有很大改善。

4.3测试验证

为了验证优化效果，我们做了一个快速样品进行测试。1900rmp处二阶噪声峰值从100dB(A)下降到94 dB(A)，4000rmp处四阶噪声峰值从102dB(A)下降到87dB(A)，2636rmp处六阶噪声峰值从93dB(A)下降。

5摘要

1)在优化进气系统噪声时，要明确噪声问题的来源，从而提出有针对性的解决问题的方案；

2)计算进气系统声场特性时，最好将进气歧管纳入计算，这样可以更全面地考察进气系统的声场特性，发现进气噪声传播路径上的缺陷，提出改进措施；

3)优化进气系统时，需要了解各个消声单元的作用和原理，同时需要综合考虑消声措施对发动机性能的影响以及产生其他噪声的可能因素。

4)Sysnoise声学软机能够准确模拟进气系统的声场特性，满足设计要求，加快开发进程，节约开发成本，成为进气优化设计的重要工具。

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