发动机侧置进气口脉动噪声分析与改进

于文尚，张培贤，张 春，钱亚男，刘鑫明，杨彦三

（中通客车控股股份有限公司，山东聊城 252000）

发动机侧置进气口脉动噪声分析与改进

于文尚，张培贤，张 春，钱亚男，刘鑫明，杨彦三

（中通客车控股股份有限公司，山东聊城 252000）

采集、分析、研究一款7 m高端中型客车侧置进气口附近的脉动噪声，通过加装扩张式消音器和1/4波长管的方案，有效地降低发动机侧进气口处的脉动噪声。

7 m中型客车；侧置进气口；脉动噪声；谱分析

随着人们生活水平的提高，汽车作为一种交通工具日益普及和增长，汽车噪声所造成的环境污染也日益严重。因此研究并降低汽车噪声所带来的危害成为一项亟待解决的课题[1]。我司客车发动机原来常用顶置空滤器进气口，后来大量改成了侧置进气口，这样可以降低发动机进气阻力，但是也带来了不良影响：进气噪声会从进气口辐射出来，人们从车外经过时能听到明显的“突突突”的类似于摩托车排气的声音，而顶置进气口位置较高，人们很难听到。因此，选取我司某一7 m高端中型客车，通过增加扩张式消音器和1/4波长管的方案，解决发动机侧置进气口的噪声问题，提升产品竞争力。

1 确定降噪方案

发动机进气系统噪声从总体上可以分为空气噪声和结构噪声两种[2-3]，而空气噪声又包括脉动噪声和流体噪声。通过分析发现发动机侧进气口的噪声主要是脉动噪声。

发动机进气系统可以看成是由一些管道和声学原件组成的系统[4]。消音元件包括扩张式消音器、赫尔姆兹消音器、1/4波长管等。在进气系统中，扩张式消音器同时也起到空气过滤器的作用。这些元件将允许一些频率的声波通过，同时也阻止了另一些频率的声波传递，这样就起到了消音的效果。我们通过研究，设计扩张式消音器和1/4波长管来降噪，提高整车的舒适性。

1.1 扩张式消音器

扩张式消音器是由一个中间主腔和两边与之相连接的管道组成[5]，如图1所示：进气管道的截面积S1和出气管道的截面积S3比中间扩张腔室的截面积S2要小些。由于截面积的变化，声阻抗就变化，因此扩张消音器是一种抗性消音器。中间的主腔作为扩张腔，入射波到达扩张腔后，一部分能量被反射回进气管，从而消耗声能，实现降噪的功能。

图1 扩张式消音器示意图

在该模型当中，扩张管道两边的进气管和出气管的截面积通常是相同的，即S1=S3。从而，扩张式消音器的传递损失为：

其中：m=S2/S1，称为扩张比。对于该扩张式消音器来说，m=D2/d2，其中，D和d分别是扩张腔和其后管道的直径。

从式（1）可知，扩张式消音器的传递损失取决于扩张比和扩张腔室的长度[6]。传递损失随着扩张比的增大而增加[7]。因此，提高传递损失可以通过增加扩张式消音器的截面积S2、减小管道的截面积S1来实现。

当扩张式消音器长度L变化时，传递损失的幅值不变。所以当扩张比固定了，传递损失的最大值也就固定了。

1.2 1/4波长管

1/4波长管（即图2中旁支管）是安装在主管道上的一个封闭的管子，如图2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，从而达到消音目的[8]。1/4波长管一般和扩张式消音器串联在进气管路中使用。

图2 封闭的1/4波长管

这个旁支管的传递损失为：

式中：L是1/4波长管的长度，而m是主管截面积S4与波长管截面积 S5的比值。在式（2）中，当 2πL/λ=（2n-1）π/2（n=1，2，3，...）时，传递损失达到最大。这时旁支管的长度为：

当n=1时，旁支管的长度为L=λ/4，这就是1/4波长管名字的来源。

2 降噪方案的实施及效果

2.1 1/4波长管的设计

首先进行噪声样本的采集。选取7 m高端中型客车作为研究对象，整车匹配玉柴国五发动机。将整车停放于安静、空旷的试验厂地，启动发动机，在发动机的进气口附近用噪声仪采集噪声样本，将采集的噪声样本进行如下频谱分析。

图3中存在两个频率的颜色较深的波形，通过分析得，此两段波形分别对应着空气压缩机和发动机的进气脉动噪声[9]。由图3分别得到其中心频率为390Hz和280 Hz，分别计算出1/4波长管的长度：

其中：c=340 m/s，为声速。

图3 噪声样本频谱图

根据钢管厂家钢管规格及整车空间要求，选择1/4波长管的主管道和旁支管的直径为25 mm，主管道的长度根据进气系统布置空间来定，1/4波长管图纸如图4所示。

图4 1/4波长管设计图纸

2.2 扩张式消音器的设计

由上文得知，可以通过增大扩张比来提高扩张式消音器的消音效果。根据空气压缩机的进口尺寸，把消音器的进气和出气口直径确定为25 mm，根据整车的空间把消音器扩张腔的直径确定为89 mm。此时扩张式消音器的扩张比m为12.7，扩张式消音器的长度L对传递损失的幅值没有影响，选取其长度L为200 mm[10-12]。

2.3 方案制定并实施

将以上两种降噪方法应用于上述我司的7 m高端中型客车，同样将样车停放在安静、空旷的试验场地，针对两种降噪方法，我们制定了3种试验方案进行验证，分别为：只安装1/4波长管；只安装扩张式消音器；同时安装1/4波长管和扩张式消音器。

我们根据声音传递的特点，分别选取4个测试点进行测试，4个测试点的位置如图5所示。

图5 4个测试点的位置示意图

2.4 方案效果评价

利用噪声仪分别对3个方案中4个测试点进行噪声值的测试、记录。测试结果如表1所示。

表1 降噪方案噪声测试结果 dB（A）

选取测试点4，通过对加装扩张式消音器前后的频谱图进行分析，如图6所示。

图6 测试点4噪声幅值和频率的关系

图6中两条曲线分别为测试点4原始状态和安装扩张式消音器后各个频率所对应的最大的噪声值。由图可以发现，通过增加扩张式消音器，在某些频率下的噪声值明显降低。即通过降低某些频率下的最大噪声值，来实现降噪的目的。

3 总 结

从3种方案的测试结果来看，测试点1和测试点2，使用消音器的降噪效果好一些，而测试点3和测试点4，3种方案的降噪效果非常接近。因此，从安装的方便性、美观性及通用性的角度考虑，选取扩张式消音器作为降低发动机侧进气口脉动噪声以及后续继续研究和推广的降噪方案。

[1]辛海升，付新挺，岳海军，等.汽车发动机空气动力噪声及控制技术的研究[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2005，26（1）：49-52.

[2]柳志华，何天明，张翔.汽车发动机噪声控制技术研究[J].北京汽车，2007（1）：9-12.

[3]邵毅明，王文兴.汽车车内噪声分析及控制技术的发展[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2001，20（s1）：91-94.

[4]陈迎春.汽车发动机噪声测试及心理评价系统研究[D].沈阳：辽宁工学院，2007.

[5]吴志明.车辆噪声与振动测试系统研究[D].秦皇岛：燕山大学，2011.

[8]李梅林，谢惠民.车用发动机噪声测试研究[J].湖南大学学报（自然科学版），2004，31（3）：35-38.

[9]肖文兵.内燃机噪声控制技术[J].内燃机，2004（3）：24-27.

[10]杨文亮,翁建生.某车型进气系统降噪改进[J].公路与汽运,2012（1）：6-8.

[11]张振良.发动机进气消声器研究[D].重庆：重庆大学，2003.

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Research and Improvement on Pulse Noise of Engine Side Inlet

Yu Wenshang,ZhangPeixian,ZhangChun,Qian Yanan,Liu Xinming,YangYansan
（ZhongtongBus HoldingCo.，Ltd，Liaocheng252000，China）

The authors collect，analyze and research the pulse noise near the engine side inlet of a 7 m high-class medium bus.By installing expansion type silencer and 1/4 wave length tube，they effectively reduce the pulse noise near the engine side inlet.

7 mmediumbus;side inlet;pulse noise;spectrumanalysis

U464；U467.4+93

B

1006-3331（2017）06-0019-03

于文尚（1991-），男，工程师；主要从事客车动力系统的匹配与设计以及NVH相关工作。

修改稿日期：2017-09-11