空气滤清器的降噪设计与试验

　　近年来噪声控制法规对汽车噪声限值不断修订以及人们对整车舒适性提出的更高要求,汽车各部件的声学性能设计显得更加重要[1]。进气噪声作为汽车主要噪声源之一也成为汽车NVH研究的重点对象。空气滤清器是汽车发动机必备的自我保护装置之一。它在发动机进气过程中,滤去空气中的尘埃和杂质,将清洁的空气送入燃烧室,减少发动机各组件的磨损;此外,经过消声设计的空气滤清器能起到降噪作用,也成为进气噪声控制的有效方法[2, 3]。下面采用有限元分析方法在声学计算软件Sysnoise中对空气滤清器模型进行仿真设计,最后在整车加速噪声试验中获得了良好的降噪效果。试验采用4缸汽油机,在半消声室的转鼓试验台架上进行整车进气噪声试验;图1为整车进气噪声试验台。通过将进气管接辅助消声器,测得背景噪声低于测量噪声10 dB以上;试验工况为3档节气门全开,急加速到6 000 r/min;在进气口中心轴线的斜45°方向,距离进气口中心10 cm处布置传声器,并在传声器上套上球形海绵套,避免进气在传声器处产生风噪声影响测量。

　　1　某汽车发动机进气噪声频率特性

　　进气噪声主要是进气时管道内压力波动产生的基频噪声及其各次谐波噪声[4]。

式中:i为气缸数; n为转速,r/min;k为谐波次数;τ为内燃机冲程数;4冲程τ取2,2冲程τ取1;。

　　4缸发动机中2、4、6、8阶噪声才是研究进气的主要噪声。图2是该发动机在3 014 r/min转速下进气口噪声声压级,根据公式(1)计算出的2、4、6、8阶噪声对应出现声压级峰值,并且超出其他频率下的噪声声压级7. 51-22. 75 dB(A),因此对这四阶的噪声分析最为关键。该发动机在加速工况下进气总噪声和各阶次噪声的转速-声压级曲线如图3。

　　图3中2阶噪声在整个加速过程中均维持相对较高的声压级,然而当转速高于3 000 r/min,其他阶次噪声影响也凸显出来。4阶噪声在4 460 r/min处,声压级高出其他阶次噪声8. 92 dB(A),超出目标值4. 4 dB(A);此外, 6阶噪声在3 180 r/min超出目标值,对总声压级的贡献十分明显。因此,如果对某些窄带频率噪声进行有针对性的降噪,将得到较好的整体消声效果。考虑到2阶噪声频率成分普遍偏低,其消声措施要牺牲大量发动机舱空间,工程应用中不可取。故本文避开大容积消2阶噪声的方法,而通过选择4、6阶次噪声进行降噪设计。将试验数据中噪声声压级峰值对应的转速和阶次根据公式(1)计算转换为噪声频率,最终确定降噪频率范围290-320 Hz。

　　2　空气滤清器声学性能改进设计

　　2.1　声学有限元模型的建立

　　将原空气滤清器的UG模型导出为STP文件,再导入到网格划分软件中进行网格划分,由于Hypermesh软件能很好地控制网格质量,保证网格精度,本文采用Hypermesh软件进行网格划分,通过导出bdf文件,在Sysnoise中进行计算分析。