重型汽车进气噪声优化

路小金 付召辉

摘 要：进气系统噪声是影响整车NVH的重要部分 研究其降噪技术具有重要意义。文章介绍了某款卡车进气系统噪声优化方案 通过查找最大噪声源 理论和试验寻找和优化空压机消声器 从而降低了进气系统噪声。

关键词：噪声;NVH;消声器;优化

中图分类号：U491.9+1  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）18-50-03

Abstract： Air intake system noise take a important role in the vehicle NVH， The research of noise reduction methods have great meaningness. The noise optimization scheme of intake system is introduced， in this paper. Towards to the maximum noise source finding， the muffer of the air compressor optimization theoretically and experimentally， the noise of the intake systen was improved siginificantly.

Keywords： Noise; NVH; Muffler; Optimization

CLC NO.： U491.9+1  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）18-50-03

1 前言

随着人们生活水平的提高 人们对卡车的NVH问题也越来越重视。进气噪声是发动机噪声的主要噪声源之一 在小型高速发动机和大型增压机中 进气噪声有时会比发动机本体噪声（燃烧噪声和机械噪声）高5dB（A）左右 仅次于排气噪声[1]。

空压机的工作原理：当空压机开始工作时 进气口不断地间歇吸入空气 进而产生压力脉动传送到取气管路中形成了空气动力性噪声。气流随着空压机气缸进气阀门的间断开启 间断地被吸入气缸 因此在空压机进气口附近产生压力波动 它以声波的方式由进气系统辐射出来 从而造成了进气噪声。

空压机的进气噪声主要为低中频噪声 适合采用抗性消声器。抗性消声器的几种常见形式为扩张室式、共振腔式、插入管式、微穿孔板式、干涉式等[2]。某车型上采用的空压机消声器为扩张管结构的抗性消声器。

扩张式消声器是由室和管两基本组成部分构成的 图1为扩张消声器示意图。声波在管道中传播时 截面积的突变则会引起声波的反射而有传递损失[3]。按照消声器传递损失的概念 扩张室消声器的传递损失可用下式计算：

2 进气系统噪声源分析和验证

2.1 进气系统噪声源分析

改善进气系统的噪声首先须找到最大噪声源 并针对最大噪声源进行降噪。此进气系统结构相对简单由空气滤清器和空气滤清器出气管、增压器进气管及卡箍组成 空压机取气口布置在增压器进气管上 进气系统进气口位于整车正前方正压区进气阻力较小 在该车型上空滤器仅利用60%流量 因此最大噪声可能和空滤器无关。而此进气系统另一个大的噪声源为空压机 通过主观评价发现空气机在泵气时进气噪声最大 尤其空滤器口处噪声明显比不泵气时大。断开空压机取气管 空滤器口噪声减小。因此初步判断最大进气噪声是由空压机产生的噪声传至进气系统造成的。

2.2 进气系统噪声源试验

针对主观评价结果 进行试验验证。试验分为四组 分别测试该车型在定置怠速和缓加速状态下时进气系统进气口噪声、定置怠速状态下空压机进气口和空压机取气口噪声。噪声频谱结果如下图3、图4、图5、图6。

3 进气系统噪声提升研究

3.1 优化方案设计

此车型空压机的进气消声器结构为在空压机进气口的管路壁面上开一些比较均匀的小孔 同时在此段管路上外接直径为孔径3～4倍的闭合空腔而成扩张型消声器。

本次通过三个方向对此空压机消声器进行优化研究 通过LMS Virtual. Lab软件等进行CAE分析。第一组优化消声器的孔数 分析不含孔、原消声器、34孔、54孔、22孔的噪声 如图7 研究不同孔数对降噪量的影响;第二组通过优化孔的位置 分析仅保留中间34孔、分开34孔、竖排27+27孔、竖排11+11孔的噪声 如图8 研究不同孔位置对降噪量的影响;第三组通过给消声器增加吸音棉 分析中间34孔+小吸音棉、中間34孔+大吸音棉、中间34孔+（端部34孔+小吸音棉） 如图9 研究吸音棉对进气噪声的影响。通过对消声器孔数、消声器孔位置、消声器加吸音棉的研究找出最优的降噪方案。

3.2 优化方案分析

第一组不同孔数方案分析结果如下图10 消声器芯体上开孔均可以提高降噪量 其中34孔方案在0-1000HZ之间降噪量改善最大 54孔和原方案在大于1000HZ降噪效果较好。

第二组不同孔位置方案结果如下图11 消声器芯体上开孔位置不同均可以提高降噪量 其中中间34孔方案在0-1000HZ之间降噪量改善最大 原方案和竖排17+17孔对1400HZ以上降噪量最大。

第三组增加吸音棉方案结果如下图12 增加隔音棉对降低中低频噪声作用不明显 中间34孔+消音棉方案在0- 1000HZ之间降噪量改善效果相对较好。

由于此车型无论进气口还是空压机取气口位置峰值噪声均出现在0-1000HZ的中低频率区 而三组方案研究发现降

低中低频率噪声的最优方案是中间34孔方案 次优方案为中间34孔+消音棉方案。

4 优化方案实车验证

对于优化方案选取最优的两种方案：34孔消声器和中间34孔+消音棉方案进行实车验证。根据理论分析结果制作34孔消声器和中间34孔+消音棉消声器样件各一件。

噪声测试方法：麦克风布置在进气口正前方45° 距离100mm处采用固定支架固定 汽车停放在空旷试验场中 周围障碍物大于3mm 风速小于2m/s 同时采集噪声和发动机转速信号 分别测试原状态消声器、中间34孔消声器、中间34孔+消音棉消声器在怠速和缓加速工况时进气口噪声。

测量取值：最高声级两次测量（不超过2dB（A））取最大值 如超过2dB（A） 再重新测取最大值 数据处理结果如下表1。

根据试验结果两种优化后的消声器对进气系统噪声优化均有贡献 其中34孔消声器方案降噪效果最优。

5 结论

本文针对进气系统噪声优化提升 提出了排查最大噪声源的方法。针对最大噪声源通过设计最优降噪消声器 衰减中低频率的噪声 并进行整车试验验证 使进气系统噪声降低。本次进气噪声优化过程中的查找进气噪声源 设计降噪方案 试验验证等降噪方法 可以为后期进气系统噪声优化和排查提供指导和借鉴。

参考文献

[1] 庞剑，谌刚，何华.汽车噪声与振动—理论与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2006：182.

[2] 陈新龙.火力发电厂除灰空压气机房噪声治理[J].四川电力技术， 2005，（2）：33-35.

[3] 仇颖.封闭式制冷压缩机噪声特性研究与消声途径探索[D].北京：北京工业大学，2005.