王志強(qiáng)，白子琦，代曉旭，周 維

某款增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)的消聲器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

王志強(qiáng)，白子琦*，代曉旭，周 維

（華晨汽車(chē)工程研究院 動(dòng)力總成綜合技術(shù)處，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

進(jìn)氣口噪聲對(duì)整車(chē)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(píng)價(jià)。文章基于某車(chē)型進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)性能優(yōu)化，通過(guò)分析進(jìn)氣口噪聲基態(tài)測(cè)試結(jié)果，建立了有針對(duì)性的消聲器設(shè)計(jì)方案；而后，通過(guò)聲學(xué)仿真對(duì)消聲器的傳遞損失進(jìn)行了初步分析；最后又通過(guò)整車(chē)搭載對(duì)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(cè)試結(jié)果可以滿足聲學(xué)性能目標(biāo)，設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及的仿真與試驗(yàn)方法具有一定的參考價(jià)值。

進(jìn)氣系統(tǒng)；消聲元件；NVH測(cè)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(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓器的運(yùn)行，在整車(chē)研發(fā)過(guò)程中，一般通過(guò)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)相關(guān)消聲元件來(lái)解決類似問(wèn)題。本文將根據(jù)某項(xiàng)目的實(shí)際情況，對(duì)進(jìn)氣口噪聲進(jìn)行測(cè)試，依據(jù)測(cè)試結(jié)果建立消聲器設(shè)計(jì)方案，并應(yīng)用Virtual lab軟件輔助開(kāi)發(fā)，使進(jìn)氣口滿足NVH部門(mén)相關(guān)要求，保證項(xiàng)目順利開(kāi)發(fā)。

1 測(cè)試原理及NVH目標(biāo)

1.1 測(cè)試原理

汽車(chē)NVH測(cè)試需在半消音實(shí)驗(yàn)室，測(cè)試點(diǎn)主要布置在駕駛員右耳和進(jìn)氣口近場(chǎng)，測(cè)試工況為3擋節(jié)氣門(mén)全開(kāi)（3擋WOT），測(cè)試距離進(jìn)氣口近場(chǎng)測(cè)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(píng)價(jià)分值應(yīng)達(dá)到6.5分，評(píng)分細(xì)則依據(jù)如下：

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

（2）2擋/3擋WOT加速工況，發(fā)動(dòng)機(jī)自轉(zhuǎn)速度升至5 500轉(zhuǎn)，駕駛室內(nèi)無(wú)明顯的進(jìn)氣轟鳴。整個(gè)升速過(guò)程中無(wú)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(cè)試結(jié)果及分析

2.1 基態(tài)測(cè)試結(jié)果

按照測(cè)試原理，針對(duì)無(wú)任何消音零件的進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行基態(tài)測(cè)試，以便確認(rèn)優(yōu)化方向。

圖2 基態(tài)測(cè)試方案

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

2.2 優(yōu)化方案設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)基態(tài)測(cè)試分析，進(jìn)氣口噪聲低轉(zhuǎn)速總聲壓級(jí)不達(dá)標(biāo)，2 200 rpm附近超出目標(biāo)線，約5 dB左右。通過(guò)瀑布圖可知，主要來(lái)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(tīng)到明顯的發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲。

綜合上述結(jié)果，需重新評(píng)估空氣濾清器總成傳遞損失是否合理。并同時(shí)通過(guò)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(lái)消除高頻噪聲。

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

圖4 基態(tài)方案?jìng)鬟f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(cè)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(lái)消除。

3 設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)消聲元件及分析

3.1 設(shè)計(jì)開(kāi)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(jì)開(kāi)發(fā)消聲元件，選擇占用空間小、針對(duì)中高頻段的多孔消聲器，并設(shè)計(jì)兩種消聲器方案。預(yù)留空間為1.47 L，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)消聲器需≤1.47 L。應(yīng)用消聲器傳遞損失計(jì)算公式[3]進(jìn)行計(jì)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(guò)一維計(jì)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(jì)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(guò)10 dB（與一維計(jì)算結(jié)果基本符合）；2 080 Hz、2 450 Hz位置各存在一個(gè)波峰，頻段寬分別為50 Hz、100 Hz。

3.1.2四腔方案

通過(guò)一維計(jì)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(jì)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(gè)波峰，頻段寬為100 Hz。2 500 Hz位置存在一個(gè)波峰，頻段寬75 Hz。1 300 Hz～2 100 Hz頻段內(nèi)，平均消聲量超過(guò)20 dB（與一維計(jì)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(jì)要求，對(duì)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(chē)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(duì)比結(jié)果

通過(guò)上圖可以明顯看出，兩種均可以滿足設(shè)計(jì)要求，相對(duì)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(xiàng)目某款增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際情況，進(jìn)行相關(guān)的消聲器設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，在過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，選擇合理的消聲器種類、準(zhǔn)確的計(jì)算分析、實(shí)車(chē)搭載驗(yàn)證，都是開(kāi)發(fā)過(guò)程中[5]不可或缺的重要組成部分，分析為開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的最前沿部分，需要對(duì)不同方案進(jìn)行不同程度的驗(yàn)證，保證方案合理性。同時(shí)整車(chē)搭載試驗(yàn)又是對(duì)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.

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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(chē)工程研究院動(dòng)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(chē)工程研究院動(dòng)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