进气系统噪声改进

郭玉祥，李立波，周彬彬

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

进气系统噪声改进

郭玉祥，李立波，周彬彬

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

针对某皮卡车噪声评估过程中加速噪声水平没有达到目标样车的水的问题进行研究。文章根据该车整车及进气系统噪声测试结果改进空滤器进气管及根据赫姆霍兹谐振消音器原理设计合适谐振腔，降低进气噪声。

进气噪声；空滤器进气管；谐振腔；消声降噪

CLC NO.:U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-66-03

引言

现在NVH(噪声、振动与舒适性)性能已经成为评价汽车品质的一个重要指标。进气噪声作为一个重要的噪声源得到足够重视。本文针对某皮卡车型加速噪声问题进行分析研究，已使其噪声水平降低，最终改善NVH性能。

1、问题描述

1.1 整车噪声测试

对整车进行噪声测试，发现加速工况下噪声水平高于目标值，主要表现在1000-2500rpm、3300rpm噪声峰值较高。

图1 加速时噪声声压级

图2 噪声频谱图

测试结果如下：作者简介：郭玉祥，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。

2、原因分析

2.1 进气系统分析

在空滤器进气管端接消声器，排除空滤器辐射噪声和进气管口噪声的影响，屏蔽进气后如图3发现1000-2500rpm、3300rpm噪声峰值消失。

2.2 空滤器辐射噪声

在进气空滤器上安装振动传感器，如图4发现1000-2500rpm、3300rpm无对应振动峰值，排除空滤器壳体辐射噪声的影响。

通过对上述噪声水平测试结果进行分析，可以看出，1000-2500rpm、3300rpm噪声峰值由进气系统管口噪声引起。

3、方案实施

进气系统对整车噪声的影响主要由进气系统管口噪声引起。

3.1 空滤器的传递损失

带滤芯的空滤器在声学方面分析较为复杂，为了便于问题的分析，在不考虑滤芯的情况下，把空滤器看成为单节扩张式消声器。扩张式消声器是抗性消声器最常用的结构形式，也称膨胀式消声器。它是依据管道中声波在截面突变（扩大或缩小）处发生反射而衰减噪声的原理设计的。扩张式消声器是由一个主要的腔室和两边与之相连接的管道组成的，其最基本的形式如图所示：

图5 单节扩张式消声器

进气管道截面积S1和出气管道的截面积S3比扩张腔的截面积S2要小些。由于截面积变化，声阻抗也随之变化，当入射波到达扩张腔后，一部分声能量被反射会进气管，从而消耗声能达到消声效果。传递损失TL也称为传透损失或透射损失，根据消声器传递损失的定义，单节扩张式消声器的传递损失为：

当kL=nπ时（n=0，1，2……）,TL=0，即声波无衰减直接通过，传递损失降低为零，这是单节扩张式消声器的最大缺点。

在实际工程应用中，传递损失定义为消声器进口端的入射声功率W1和出口端的声功率W2的比值的常用对数乘以10，即为消声器进口端的声功率级和消声器出口端的声功率级之差值，其数学表达式为：

式中，W1、W2分别是消声器进口端、出口端的声功率（W）；LW1、LW2分别是消声器进口端、出口端的声功率级（dB（A））。通常所称的消声量一般均指传递损失。在消声器进口端与出口端的通道截面相同时，声压沿截面近似均匀分布，这时传递损失等于消声器进口端的声压级与出口端的声压级之差。其关系式为：

式中，LP1、LP2分别是消声器进口端、出口端的声压级（dB（A））。

因此，选用合适的空滤器扩张腔和进出气管道直径，对于降低进气噪声有十分重要的意义。在设计阶段，用计算机软件对滤器的传递损失进行仿真计算，可以对空滤器整体结构进行优化设计。

3.2 空滤器进气管改进

表1

为使总体噪声在1000-2500rpm范围有一个宽频带的降噪效果，采用增加扩张比方法，将空滤器进气管管径由Φ 85mm改为Φ55mm。但由于空滤器进气管管径缩小后将增加进气阻力，故需验证空滤器进气管管径缩小后进气阻力是否满足整车进气阻力≤5kPa要求，进气阻力试验结果如表1。

由上述试验结果可以看出，空滤器进气管管径改为Φ 55mm后满足要求。

3.3 赫姆霍兹谐振消音器原理

赫尔姆兹消音器是旁支消音器的一种，如图6所示。赫尔姆兹消音器是一种历史悠久的消音器，它由一个消音容器和一根短管组成，短管与主管连接。

图6 赫尔姆兹消音器

入射波在主管运动，当到达消音容器时，一部分被反射回来，另一部份分成两个分路。一路进入在容器里或者是推动容器内的空气运动，另一路继续在主管中传播，形成透射波。由于管道交界处声阻抗的变化，从而达到消音目的。赫姆霍兹谐振消音器共振频率：

式中：c为音速，S为入口管横截面积，l为入口管长度，V为赫姆霍兹谐振消音器容积。

赫姆霍兹谐振消声器达到共振时，其声抗最小，振动速度达到最大，对声的吸收也达到最大 。

4、赫姆霍兹谐振消音器

为降低3300rpm时噪声，从图2噪声频谱图分析3300rpm时噪声对应225Hz，故选择225Hz作为赫姆霍兹谐振消音器设计频率，根据公式（5）设计一225Hz赫姆霍兹谐振消音器用于消除此噪声。

4.1 方案验证

制作样件进行验证，降噪效果如图7所示：

（1）空滤器进气管管径由Φ85mm改为Φ55mm，1000～2500rpm加速噪声降低1～4 dB（A）；

（2）加装225Hz谐振腔，3300rpm加速噪声降低2～3 dB （A）；

（3）空滤器进气管管径由Φ85mm改为Φ55mm与加装225Hz赫姆霍兹谐振消音器后，整车加速噪声降低3～4dB （A）。

图7 降噪效果验证结果

5、结论

通过将空滤器进气管管径由Φ85mm改为Φ55mm及加装225Hz谐振腔后整车加速噪声降低3～4dB（A）。选用合适的空滤器扩张腔和进出气管道直径及合适的扩张比，对于降低进气噪声有十分重要的意义。对于特定低频率进气噪声，采用赫姆霍兹谐振消音器来解决其噪声问题。

[1] 陈家瑞.汽车构造(第4版).北京:人民交通出版社,2002.

[2] 杨文亮.某车型进气系统降噪改进.公路与汽车,2012(1):6～8.

[3] 赵要珍.进气噪声源提取和空滤器声学性能优化.上海交通大学学报,2013（6）1003～1008.

[4] 庞剑.汽车噪声与振动.北京:机械工业出版社,2006.

Noise Optimization of Air Intake System

Guo Yuxiang, Li Libo, Zhou Binbin
（Anhui JiangHuai automobile Co. Ltd, Anhui Hefei 230601）

Noise assessment process of a pickup truck show that acceleration noise level did not reach the target prototype. According to the noise test results of vehicle and air intake system to improve the air filter inlet pipe and design suitable resonant cavity based on the principle of Helmholtz resonator muffler, and reduce the intake noise.

AirIntakenoise; Air filter inlet pipe; Resonant cavity; Noise elimination and reduction

U467.3

A

1671-7988(2016)07-66-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.021