排气歧管异响解决方案

2018-03-06束铭宇

汽车实用技术 2018年3期

束铭宇

（玉柴联合动力股份有限公司，安徽芜湖 241080）

前言

排气歧管是连接发动机排气出口到排气系统的零件，它工作温度高，振动大，工作条件苛刻[1]，因此排气歧管的开发主要考虑流动性能对发动机工作动力性的影响、结构在高温振动条件下的机械强度及寿命、在发动机冷热交变的工作条件下的热疲劳性能，很少关注本文中出现的异响现象，

本文某 1.5L歧管开发过程中出现在急踩油门过程中存在 “沙沙”异响，为解决该异响问题，我们设计了很多种结构及测试，最终解决了该异响问题。并得出开发经验，排气气管的管路长度一般大于150mm，才能降低出现本文中的异响风险。

1 排气歧管异响问题复现及测试

由于整车安装空间小，传感器布置困难，该排气岐管异响复现在在发动机台架上进行，模拟整车加速工况，急拉发动机油门，测试歧管的辐射噪声，同时主观评价，发现确实存在整车中的“沙沙”异响。排气歧管发动机台架辐射噪声测试结果如图 1，经音频回放分析及主观评价，同时对比整车测试结果，“沙沙”异响频率都在2500Hz左右。通过拆卸部分发动机台架附件或屏蔽隔离手段，查出声音为歧管产生的噪声，初步判断为歧管大平面区A、B产生，如图1所示。

图1 歧管发动机台架辐射噪声测试结果

2 异响原因排查

该“沙沙”异响噪声频率很高，在 2500Hz左右，发出区域固定，推测该噪声可能有三种来源：①为发动机燃烧产生的噪声；②为气流冲击歧管壁面产生的结构辐射噪声；③为排气气流经过歧管管路产生的二次气流噪声。根据这三种可能假设，我们通过改变歧管设计来进一步验证噪声来源，共对比分析了五种（分述为排气岐管一至五）不同结构形式的排气岐管来分析验证噪声来源，并最终消除“沙沙”异响。

2.1 发动机噪声源排查

发动机燃烧噪声按照频率分可分为两个区域，1000Hz以内的低频区，该区域内噪声较大，主要为发动机燃烧的接次噪声，有不连续性特征；1000Hz～3000Hz的中频区，由于发动机本身大部分结构刚度处于该区域，发动机结构本身对燃烧噪声的衰减量低，噪声容易被激起[2]。故燃烧噪声中有时在该频率范围内较大。而本文中的异响噪声频率为2500Hz左右。为了排除是否为发动机燃烧，选用了图2所示排气歧管一，为一种长管路结构的排气岐管，在发动机台架中以相同工况进行辐射噪声测试，排气歧管一结构及辐射噪声测试结果如图3所示。排气岐管一的频谱特性，与异响歧管相比在2500Hz的异响带范围噪声减少10dB（A）以上，主观评价中没有发现有“沙沙”异响，由此推断该异响不是有发动机燃烧噪声产生，而是由歧管本身设计不当产生。

图2 排气岐管一

2.2 歧管噪声问题排查

为了验证“沙沙”异响噪声是否来自歧管的A和B区域的结构振动，提高排气歧管A、B两表面的结构模态，在原异响件的基础上，将歧管A及B区域压了两个凹坑，为歧管二，见图 4，根据辐射噪声产生理论，如果异响是由于结构表面刚度不足引起，改变表面结构模态后，噪声将会产生变化，频率会偏移或噪声会较小或消失[3]，歧管二的测试结果表明该结构歧管的辐射噪声频率变化不大，且频率范围变宽，“沙沙”异响在主观评价中变大，该结构测试表明“沙沙”异响不是由于A、B两平面区域的结构振动而产生的辐射噪声。

图3 排气岐管一台架辐射噪声测试结果

图4 排气歧管二

图5 歧管三

根据该噪声的频率范围，我们考虑可能为气流再生噪声[4]，根据歧管一的测试结果，推断该异响噪声可以通过改变歧管设计来解决，综合歧管二的测试结果，推测要解决该“沙沙”异响问题，需要重点改善歧管的流道，从气流组织上解决。由于歧管一不满足整车空间装配要求，我们在空间装配位置不变的基础上，设计了如下图5歧管三、图6歧管四及图7歧管五几种歧管并进行台架辐射噪声测试。图5歧管三设计是在A、B两表面压浅坑，以减弱1、2及3、4缸之间的气流干涉，但相邻缸1和2及3和4的气流仍然相互串通，台架辐射噪声结果和原结构相比，异响频带变窄，但主观评价仍有“沙沙”异响，主观评价及测试结果都表明异响噪声和原歧管相比减弱。图6歧管四是在歧管三基础上，增加压坑深度，进一步隔离1、2及3、4缸之间的气流干涉，但邻缸1和2及3和4仍有部分气流未达到完全隔离的效果，气流窜动的截面减小，窜气量减少，歧管四的台架辐射噪声测试结果和歧管三相比，异响频带噪声变小，但主观评价仍有“沙沙”异响，异响比歧管三减弱，图7歧管五是在各支内部增加四根小管，以达到完全隔离四个缸之间的气流影响，这四个歧管中，歧管二、三、四是为了快速找到噪声原因二临时做的设计方案，歧管五是根据歧管二、三、四的尺寸及测试结果，分析得出的歧管入口隔离长度初步设计达到150mm。歧管五的噪声测试频谱结果表明异响噪声频率范围内噪声降低了20dB（A）左右，主观评价没有“沙沙”异响噪声。从图4～图7中几种结构的对比结果可以看出该歧管“沙沙”异响为1、2及3、4缸之间气流干涉引起，要解决该气流噪声，在歧管根部各缸出气的流道应该隔断，使各缸之间气流没有在入口一定范围内没有相互影响。