基于GT－POWER 的捷达轿车进气噪声仿真研究

李金库，王 治，赵 天，许建辉

(1.黑龙江工程学院;2.哈尔滨东安汽车动力股份有限公司)

1 GT－Power 软件一般模型的建立与操作

1.1 建立模型操作步骤

按照启动GT－ISE 模型，创建新模型，加载模板，定义对象，模板连接等步骤进行建模。

1.2 运行模块

连接结束之后，要对一些参变量进行赋值，通过特性参数的不同数值进行比较，以达到性能分析的目的，在此过程中，可以发现模块建立所产生的错误，在保证所有错误都被改正之后，工作循环的模拟才能继续。

1.3 结果后处理

1.4 应用GT－Power 软件进行噪声分析

1.4.1 发动机的基本参数

近些年，捷达汽车占我国乘用车市场比例很大，论文研究的主要是乘用车的进气系统，所研究的原型机是一台捷达伙伴CIF－P 轿车的发动机，其具体参数见表1。根据表中参数及其他相关参数，运用GT－Power 软件建立进气系统与发动机耦合模型，在转速为5 500 r/min 的状态下，对发动机进行测量分析，所建立的仿真模型主要包括进气系统、排气系统、气缸等。针对NVH 分析与研究，将进排气系统的空滤器和消声器进行的系统建模，可以对其进行调用。

表1 捷达伙伴CIF－P 发动机的基本参数

1.4.2 GT－Power 发动机模型各部件参数设定

(1)捷达伙伴CIF－P 发动机参数设定

下述发动机的两个参数设定图设定了整个汽车发动机模型的大脑部分。对发动机气缸数的气缸设置形式、发动机转速、摩擦实体、种类等参数进行了设置。对发动机点火顺序、点火间隔进行了设置。

运用有限容积法对热流体软件进行模拟计算，利用GT－Power 软件进行建模仿真，其结果如下图。

(2)捷达伙伴CIF－P 发动机气缸参数设定

捷达伙伴CIF－P 发动机气缸的属性参数和Cylinder 属性相同的参数应该一致，此外还包括缸内的初始状态、燃烧模型传热模型等属性定义。

(3)捷达伙伴CIF－P 进气系统模块与参数设定

进气系统是由一个进气管连接到空滤器，再到进气歧管。在歧管末端，有一个变直径孔用于节气门。进气歧管是由一系列的溢出口和管件构成。建立进气系统，第一要建立进气歧管。绘制进气歧管以及离散歧管的方法，如图1 所示。

图1 进气歧管和离散歧管示意图

当发动机进气系统部分参数设定完成后，然后将各个部件分别进行连接，并且按顺序与气缸相连，最后保证整个系统能够正常运行。

单缸发动机的模型如图2，四缸发动机模型的建立及连接模块如图3 所示。

图2 单缸发动机模型

图3 四缸发动机模型

2 进气噪声仿真分析

在对发动机的进气噪声测试时，GT－Powe 采用的是麦克风模型。通过传感器收集到的信号，在传递给麦克风。

2.1 未安装消声器时发动机的动力性、经济性及噪声变化趋势

2.1.1 噪声与频率关系图

GT－Post 软件对发动机在5 500 r/min 时的工况下进行初步测定;图5 为后处理后测定的在5 500 r/min 转速下的频率与进气噪声关系图。

图4 谐振腔插入前的发动机模型

图5 优化前5 500 r/min 转速下的进气噪声曲线

2.1.2 频率域噪声关系表

对应频率与进气噪声关系图的相应数值见表2。

表2 频率与进气噪声关系值

2.1.3 发动机动力性和经济性曲线图如图6 ～8 所示。

2.1.4 优化前后动力学动力性、经济性及其噪声的对比

由图10 得到插入赫姆霍兹消声器前后对应各频率值的进气噪声仿真值，表3 为输出值。

红线代表插入赫姆霍兹谐振腔的原发动机模型的进气噪声曲线，蓝线表示的是未插入赫姆霍兹谐振腔的发动机模型进气噪声曲线。通过对图10 及表3 的分析可以清楚的看出在转速为5 500 r/min 的工况下插入赫姆霍兹谐振腔后，进气噪声有了明显的改善。

图6 发动机燃油消耗随转速的变化

图7 发动机的扭矩随转速的变化

图8 发动机的功率随转速的变化

图9 进气系统优化前后功率变化

图10 优化前后在5 500 r/min 噪声曲线比较

表3 为对应频率与进气噪声关系图的相应数值。

表3 优化前后频率与噪声关系仿真值

下面比较在进气系统中插入赫姆霍兹谐振腔前后，发动机的动力性和经济性的变化情况，见图11 ～12 所示。

从上述图型可知，安装赫姆霍兹消声器后，发动机的燃油消耗量基本没有太大的变化，发动机的功率、扭矩在某些频率处略有所降低，但降低程度并不大，波动幅度基本在5%范围之内保证发动机的燃油经济性和动力性的要求，安装的消声器可以使用。

图11 进气系统优化前后燃油消耗率变化

图12 进气系统优化前后扭矩变化

3 结 论

(1)根据捷达伙伴CIF－P 的发动机型号，各部分参数，以及消声器本身性能，建立了发动机一缸及四缸模型;

(2)运用Gt－Power 软件建立进气消声器的仿真模型。安装消声器后，燃油消耗量有所增加，扭矩相对降低，输出功率有所降低，但是变化量控制在5%以内，不会对发动机整体的经济性能和动力性能有较大影响;

(3)最大降噪量达到2dB，因此，在进气系统增加赫姆霍兹谐振腔的方案可行。

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