优化进气管改善气流声的应用

朱 斌 程 云 刘承科 杨林强

重庆渝安淮海动力有限公司 重庆 404100

一、前言

为满足动力性等性能要求,越来越多的发动机搭载涡轮增压器,高压进气管会带来噪声问题。我司一款搭载带涡轮增压器发动机的乘用车,加速1800-2800rpm,存在气流声问题,很容易引起用户的抱怨。

本文针对此问题开展了高压进气管路的优化工作。根据管道声学理论,建立起高压进气管路的声学模型,使用消声元件声学评价指标,进行优化分析,初步确定方案后,对优化样件进行NVH测试验证与评估,最终锁定优化方案。

二、管道声学与消声原件评价指标

汽车进气系统由管道和消声元件组成,声音沿着管道的轴向传播,轴向尺寸远远大于其他两个方向的尺寸,因此通常可以用一维声学来分析进气管中声音的传播特性。在管道中,波动方程简化为一维波动方程：

阻抗是指当媒质受到压力或者推动力时,媒质会对传播产生阻碍。管道中的声学阻抗Z定义为声压与质点体积速度的比值,即：

式中,u、U和S分别是管道中的速度、体积速度和截面积,体积速度与质点速度的关系为U=Su。

声音在管道内传播,当管道的截面积发生变化的时候,声阻抗也发生变化。在变截面的地方,由於阻抗发生变化,一部分入射波就会被发射回原来的管道,而另一部分入射波会在新的截面管道中继续传播。抗性消音器的工作原理就是基于这种阻抗的变化。

当消声元件安装到系统中后,我们必须知道整个系统的消声效果。所以对单个消声元件和整个进气系统的消声效果进行评价是噪声控制设计中最重要的问题。

传递损失是评价消声元件和系统的消声效果的一项重要指标。

传递损失没有包括声源和管道终结端的声学特性,它只与自身的结构有关。在评价单个消声元件的消声效果或初步评估系统的消声性能时,通常用传递损失。传递损失是评价消声元件消声效果最简单有效的一种方法。

三、基于LMS Virtual Lab Acoustics优化高压进气管

LMS Virtual.Lab Acoustics从诞生开始多年来一直是声学领域排名第一的仿真软件,也是声学领域中公认的工业标准。LMS Virtual.Lab A-coustics提供了从振动噪声到流体噪声,从声辐射到声-振耦合,从部件级到系统级,从低频到中高频,从前处理、求解器直到结果后处理的一个完整的解决方案。建立高压进气管声学模型,进行传递损失分析。得到传递损失曲线如图1所示。

从图1可知,3000Hz以上的高频范围,传递损失不到20dB,而此气流声的主要贡献频率在3000Hz以上。需要对高压进气管的高频消声效果进行优化。对优化后高压进气管进行分析,得到传递损失曲线如图2所示：

从图2可知,除3000Hz以下的传递损失增加外,3000-9000Hz的传递损失也基本达到20dB,符合一般要求。

原状态高压进气管和优化高压进气管装整车,进行NVH客观测试,对效果进行评估。

D挡WOT工况时,对驾驶员右耳处噪声进行测试,得到以下结果：

从图3可知,1800-2800rpm转速范围,3000-9000Hz频率范围,优化高压管明显优于原状态高压管。3000-9000Hz频率范围,优化高压管比原状态高压管噪声降低1-1.5dB,基本消除了此气流声,解决用户抱怨的问题。

四、结束语

随着越来越多的整车搭载带涡轮增压器发动机,增压器和高压管路带来的NVH问题也在增多。对于气流声的问题,可借助LMS Virtual Lab Acoustics平台,建立管路声学模型,进行声学分析,用传递损失这个声学指标进行评价,对问题点进行优化,提高管路的传递损失,再对优化样件进行NVH客观测试评估,确认优化样件的效果,最终解决问题。