某乘用车排气系统啸叫成因分析

2021-12-21李飞翔尧潇雪

装备制造技术 2021年8期

罗静，李飞翔，尧潇雪

（1.柳州五菱汽车工业有限公司，广西柳州 545000；2.佛吉亚（柳州）排气控制技术有限公司，广西柳州 545000）

随着人们对生活品质追求的不断提高，消费者对车辆驾乘环境、噪声水平的要求也越来越高。同时伴随着汽车技术的发展与更迭，行业内的竞争也日趋白热化，整车NVH 性能已然成为评价产品好坏的重要指标之一。排气系统作为整车噪声主要激励源之一，其声品质直接影响整车舒适性。发动机的高速尾流排出过程中，可能会产生各种次生噪声，其中当高速尾流吹过排气系统内部的细小间隙或微小孔径时，若产生高频的啸叫声，会恶化车内的主观感受。本文将以某乘用车排气系统加速啸叫为案例，对如何开展排气系统啸叫成因分析进行阐述。

1 问题描述

某乘用车开发过程中发现全油门加速时车内可听到尖锐的啸叫声。在半消声室内进行异响排查，发现排气系统尾管处辐射出的啸叫声最明显，初步判断异响由排气系统产生，但具体位置需采集客观数据辅助分析。为缩小啸叫范围，分别在排气系统前消壳体、后消壳体、尾管附近按试验标准架设麦克风，进行数据采集。由尾管辐射噪声曲线图总声压级变化可看到尾噪在2 200 r/min～5 000 r/min 区间出现明显峰值（图1）；同时在图2 中的尾管辐射频谱图、前消壳体辐射频谱图、后消壳体辐射频谱图中均发现同一频率区间的能量集中块（圈出区域），但该频率区间内前消壳体辐射声压级明显低于后消壳体及尾管，因此结合主观及客观数据判断该啸叫由后消声器总成发出。

图1 原方案3-WOT 尾管辐射噪声曲线图

图2 原方案3-WOT 各测点频谱图

2 原因分析

排气系统产生的啸叫异响通常是一种高频次生噪声，经常在加速过程中产生，听起来像pii 或poh[1]。通常排气系统啸叫异响是由于总成漏气、高速气通过内部结构小间隙或小孔等原因产生。

2.1 后消声器总成排查

该乘用车后消声器总成结构如图3 所示，由进气管、后消声器筒体及尾管组成。

图3 后消声器总成结构示意图

首先将后消声器总成进行气密性检测，并在每个焊缝表面刷肥皂水，检测显示总成泄漏量符合要求，且肥皂水无吹气泡现象，这表明后消声器总成无漏气现象，因此判断啸叫声不是漏气产生。

手动摇晃零件，没有异响产生，说明啸叫也不是筒体内有异物造成。

2.2 内部结构排查

该乘用车后消声器筒体内部结构如图4 所示，可看到进气内管、隔板上均开有小孔，加速过程中均有可能产生啸叫。

图4 后消声器筒体内部结构示意图

2.2.1 内部结构验证

为确定啸叫产生位置，根据消声器筒体内部结构，排列组合调整进气管开孔、隔板开孔及隔板结构形式形成验证方案，方案制作过程中重点关注内组件零部件制造质量要满足设计要求，芯子装配尺寸正确，且零件无焊接质量问题。

验证背压对啸叫异响的影响：两块隔板均增加100 个孔，得方案RM1-1（表1）。主观结果显示啸叫声特质及声压级无变化，证明该啸叫声与背压无关。

验证隔板与壳体之间间隙对啸叫异响的影响：隔板上下两圆弧分别开两个高3 mm 长35 mm 开口，得方案RM1-2（表1）。主观结果显示啸叫声特质及声压级无变化，证明该啸叫声与隔板壳体之间间隙无关

验证进气管开孔对啸叫异响的影响，取消进气管开孔，得方案RM1-3（表1）。主观结果显示啸叫声特质及声压级无变化，证明该啸叫声与进气管开孔无关。

验证气流运动路径变化对啸叫声的影响，在出气管上开孔，得方案RM1-4（表1），目的是让一部分气体进入第一腔后直接从出气内管上的孔排出。主观结果显示啸叫声仍存在但声压级明显降低，因此判断啸叫声与流过隔板的气流有关系。

表1 内部结构验证方案示意图

综合以上结果初步判断啸叫声由高速气流通过隔板上的小孔产生，具体位置需要进一步验证。

2.2.2 冷流台架确定隔板啸叫孔位置

本次试验用冷流台架核心部件为风机，可提供0～ 450 m3/h 流量的冷态气流，其可用来还原车辆加速过程中气流加速通过消声器筒体内部的流动情况，因此可用来还原加速过程中排气系统啸叫问题。

首先将完整的后消声器总成固定到冷流台架上，让气流流量由0 加速到250 m3/h，加速过程中可在后消壳体附近听到明显啸叫声，因此判定冷流台架可用于还原该啸叫声。其后沿着后消上壳体走向切割出一个长400 mm 宽250 mm 的窗口，并清理内部金属屑及异物，将开窗口的后消声器总成接到冷流台架上，切下来的上壳体还原并用黑胶带完全密封，并按原方法进行试验（图5），加速过程中在后消壳体附近仍听到明显啸叫声且声音特质与未开窗口前一致，确认开窗口并用黑胶带封堵不会影响啸叫声判断。将两块隔板开孔分为左右两边共四组，逐一用黑胶带封堵，发现当封堵隔板2 左侧孔时啸叫声完全消失，封堵其他部分时啸叫无变化，因此判断啸叫声是由隔板2 左侧区域内开孔产生，具体啸叫孔位置还需进一步排查。继续对隔板2 左侧区域内孔进行逐个封堵，确认啸叫孔为黑色胶带封堵处（图6），至此通过冷流台架锁定了啸叫源。