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穿孔消聲器在汽車進氣噪聲控制中的應用
[摘要]：文章闡述了一款渦輪增壓發(fā)動機進氣噪聲的解決過程。首先通過測試手段排查出問題源并鎖定問題頻段。再通過Virtual.Lab 與Star-CCM 仿真軟件計算穿孔消聲器的傳遞損失以及流體壓力損失，然后根據仿真結果制作樣件，通過阻抗管驗證仿真結果的有效性。最后實車驗證表明，在渦輪增壓器壓氣機進氣口與出氣口增加穿孔消聲器可以有效控制加速時的氣流噪聲。關鍵字：噪聲振動、渦輪增壓器、進氣系統(tǒng)、消聲器、聲學仿真前言渦輪增壓器應用在發(fā)動機上可以提升汽車的動力性、經濟性。但也會嚴重影響汽車的NVH性能。廢氣渦輪增壓器以前更多應用在柴油車上，目前汽油車也較普遍使用，特別是乘用車，這使得針對渦輪增壓器NVH 性能的優(yōu)化受到各大車企的重視。廢氣渦輪增壓器典型的工作轉速范圍十萬到二十萬轉每分，壓氣機側葉輪高速旋轉產生的氣流噪聲能量主要集中在[1.5-3]kHz 頻段[1],加速工況下，葉輪高速旋轉至十幾萬轉，產生的氣流噪聲通過進氣管口輻射出來，被駕駛員感知。隨著發(fā)動機轉速繼續(xù)上升，被掩蓋在發(fā)動機噪聲中。相對于非增壓發(fā)動機，搭載有渦輪增壓器的車型需要解決加速工況下[1.5-3]kHz 的進氣氣流噪聲問題。針對渦輪增壓器的氣流噪聲問題，國內外已不乏學者對其產生原理有較深的研究[2]-[4]，從些研究論文來看，目前對渦輪增壓器的氣流噪聲問題，更多的采用穿孔板結構的共振式消聲器來抑制氣流噪聲。該類消聲器較簡單擴張腔具有結構小的優(yōu)勢，便于在進氣系統(tǒng)附近布置。同時流體壓力損失小，對動力性影響較小。文獻[2]設計的消聲器遞損失有效帶寬在1800~3000Hz 范圍內，但是頻帶內谷值較低，平均在20dB 左右，在2500Hz 附近約為17dB。主要原因在于論文中設計的消聲器僅有3 個共振腔，分布在1200Hz 的帶寬內僅有3 個共振頻率顯得稀疏，導致谷值偏低。文獻[4]設計的消聲器傳遞損失比較理想。論文采用理論公式進行參數優(yōu)化，未考慮各腔之間的相互影響，有一定的局限性。當內管徑較大以至于接近平面波截止頻率的極限時[5]，管內需要考慮高次波。在Virtual.Lab 中可以很好解決該問題。對于接近但未達到截止頻率時，可以利用AML 屬性賦予出口端。對于超過截止頻率的分析時，必須考慮高次波，通過仿真設置可以方便增加（0,1）階及其以上模態(tài)進行分析。1 問題描述某帶渦輪增壓發(fā)動機的SUV 車型，部分油門緩加速到1800 轉-2200 轉之間，車內能明顯感知到進氣系統(tǒng)產生的“噓噓”聲。車速持續(xù)上升到2500rpm 以上后，該異響聲逐漸被其它噪聲掩蓋。2 問題分析2.1 噪聲源判定該異響“噓噓”聲出現時，渦輪增壓器已介入工作，根據渦輪增壓器的技術參數知，其主要工作轉速在[80000-180000]rpm，隨著松油門泄氣聲出現而消失。初步懷疑渦輪增壓器為噪聲源。為驗證這一猜測，將渦輪增壓器泄壓閥置于常開狀態(tài)，經主觀駕評與測試發(fā)現該異響消失，由此判定渦輪增壓器為該噪聲源。2.2 制定解決方案初期考慮進氣系統(tǒng)管道隔聲能力差，導致渦輪增壓器產生的氣動噪聲，經管道輻射到發(fā)動機艙，進而傳入車內。因此在進氣空濾器、壓氣機進出口管路以及進氣管路上用大能隔音材料包裹后，經駕評該異響得到抑制。考慮到增加管道隔聲能力成本將會大幅增加，且受到空間布置限制等原因，最終未考慮用這種方案。結合文獻[1]-[4]，最終考慮在進氣系統(tǒng)管路上布置適當的管路消聲器來抑制壓氣機加速時的氣流噪聲。并且該消聲器外壁需要有一定隔聲能力，否則達不到預期的消聲效果。測試主駕右耳與進氣口處的噪聲，如圖1、圖2，利用LMS 軟件不斷回放濾波分析，發(fā)現主駕右耳過濾[1320,3000]Hz 噪聲后異響聲消失。因此所設計的管路消聲器在[1320,3000]Hz 應有較大的傳聲損失能力，應大于20dB 以上。
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