汽车进气噪声的分析及优化

1 引言

    汽车的进气系统除了为发动机提供充足、干净的空气外，还应具备降低发动机进气噪的作用。目前，随着发动机的设计水平和制造技术不断提高，发动机工作中产生的机械噪声和燃烧噪声正逐渐降低，进气口噪声对整车通过噪声和车内噪声的影响也越来越明显。因而，设计合理的进气系统，是控制发动机进气噪声的有效途径。 进气系统的噪声主要是指进气口处的噪声，这个噪声离驾驶室的距离最近，对车内噪声贡献较大，同时，进气口噪声也是汽车最主要的通过噪声源。另外，空气滤清器和消声元件的刚度不足时，还会引起很大的辐射噪声。

    进气系统由管道和消声元件组成，消声元件包括扩张消声器、赫姆霍兹消声器和四分之一波长管等。这些元件可使一些频率的声波通过，同时阻止了另一些频率的声波传递，这样就起到了消声的效果。

2 问题分析

    2.1 问题的提出

    某轿车在三档急加速工况下，测得245Hz ～275Hz 频段内驾驶员右耳处噪声水平偏高，无法满足整车噪声水平要求，并且该区域与发动机的四阶噪声在转速为3800～4100rpm 处叠加，经噪声源识别得知进气系统贡献量最大，为此，需要对此进气系统进行相关的分析、改进。

    2.2 理论依据

    对于消声元件和系统的消声效果通常有四个评价指标：传递损失、插入损失、声压级差值和声压级。传递损失一般用来评价单个消声元件，插入损失和声压级一般用来评价整个系统的消声效果。

    一般在评价单个消声元件的消声效果或者初步评估系统的消声性能时，通常用传递损失方法。目前，传递损失也是评价消声元件消声效果最常用、最简单的一种方法。图1 所示为传递损失测量示意图：

图1  传递损失测量示意图

    从声学角度考虑，空气滤清器就是一个进气消声器。当消声器进出口满足平面波条件时，消声器的传递损失可表示为：

公式1 消声器传递损失的计算公式

    式中，Si为消声器入口面积、Pi为入口声压，So为出口面积，Po为出口声压。

    2.3 计算分析

    为了进行相关的改进、优化，对进气系统进行传递损失分析，需要先获得进气系统的传递损失特性，作为后续的优化的基础模型和参考依据。

    图2 为某在开发车型进气系统，其中声学有限元模型利用Virtual.lab软件中Cavity meshing模块建立，所建立的单元均为六面体单元。