发动机进气系统噪声优化设计（续2）

李明珠 王晖 闫立滨

（华晨汽车工程研究院NVH工程室）

2.3 进气系统旁支消声元件设计

为了更好地寻找各阶次中人耳能够听到的较大能量峰值，将进气口噪声声压级进行A计权处理，并将其与目标线进行对比，如图10所示。

将测试结果中各阶次峰值的转速及频率特性进行归纳，如表1所示。从表1可以看出，基础方案的进气口噪声中低频能量主要集中于117，260，360 Hz3处。

表1 阶次峰值的转速及频率特性Hz

2.3.1 设计消除117 Hz噪声的赫姆霍兹消声器

旁支消声器是抗性消声器。当声波传到旁支消声器后，第1部分声波被反射回主管形成反射波，第2部分声波继续在主管传播形成透射波，第3部分声波进入旁支消声器。消声器内某些频率的反射声波与主管的入射声波相位相反，2个声波相互抵消，形成一个声压的节点或者使得入射波的波幅降低。

赫姆霍兹消声器一般是由一个具有一定容积的腔室和一根连接管组成。当声抗为0时，系统达到共振。通过分析在交界处的压力和速度边界条件，可以得到噪声传递损失。

对于117 Hz噪声问题，选择使用赫姆霍兹消声器1进行消声。结合该车型实际的发动机舱空间条件，设计该共振腔的基本参数为：腔体容积5 L；连接管口径0.045m；连接管长度0.05m。经计算，该赫姆霍兹消声器1消声主频为116.7Hz，其噪声传递损失峰值为34.67dB。

2.3.2 设计消除260 Hz噪声的赫姆霍兹消声器

同理于2.3.1小节，对中心频率为260 Hz的噪声同样选择设计一个赫姆霍兹消声器2，具体参数为：腔体容积1.2 L；连接管口径0.04 m；连接管长度0.025 m。经计算，赫姆霍兹消声器2消声主频为260.3 Hz，其噪声传递损失峰值为45.49 dB。

2.3.3 设计消除360 Hz噪声的1/4波长管

1/4波长管是安装在主管道上的一个封闭的管子，如图11所示。当声波从主管道进入旁支管后，声波被封闭端反射回到主管，某些频率的声波与主管中同样频率的声波由于相位相反而相互抵消，从而达到消声目的。

这种旁支管的频率只取决于管道的长度。管道越长，频率越低。不同于117 Hz和260 Hz噪声峰值，中心频率为360 Hz的噪声峰值其能量分布频率带宽较窄，加之其中心频率偏高，很适于使用1/4波长管对其进行消声。所设计的1/4波长管参数为：管口径0.04 m；管长度0.025 m。经计算，其1阶消声主频为358 Hz，噪声传递损失峰值为51.2 dB。

最后，将上述设计的赫姆霍兹消声器1，2及1/4波长管安装于基础进气方案上，如图12所示。

对该进气系统的优化方案再次进行进气口噪声2挡节气门全开测试，并将测试结果的各阶次成分与原基础方案以及目标线进行对比。

优化方案的进气口噪声较基础方案在2，4，6，8阶都有极为明显的下降，且原方案在117，260，360 Hz的峰值都得到了有效消除或衰减，如图13所示。

进而将进气系统优化前后的驾驶室内噪声进行对比，发现在2 500～4 500 r/min范围内驾驶员位置右耳侧A计权声压级下降明显，如图14所示，以此验证了本次进气系统噪声优化的有效性。

3 结论

文章通过对某2.4 L自然吸气发动机车型的进气系统设计开发，系统地提出了进气系统设计手段和优化方法。

综合管道声学理论在内燃机进气系统上的推广应用研究，采用四负载法，并结合传统噪声测试规范，成功地对2.4 L发动机进行了进气声源特性提取。再利用中低频声音平面波传播模型，根据声阻抗传递损失和波长相位叠加抵消原理，设计了空气滤清器、2个赫姆霍兹消声器及1/4波长管等消声元件，最终将进气口噪声控制在预定的设计目标以下，降低了加速过程中的车内噪声。

（续完）