进气系统为发动机提供清洁的空气。进气系统结构复杂、气流速度高、压力大,因此,进气系统通常会产生很高的噪声,而且还会产生一些非简谐阶次的噪声,影响车内声品质。
进气噪声对车外通过噪声的影响也很大,是车外噪声贡献量较大的一部分。
图4.1.19 前副车架
在整车的概念设计阶段,需要考虑进气系统的布置方案、空气滤清器容积、是否设计谐振腔等,这些内容都对NVH性能有影响。
1.进气系统布置方案
图4.1.20所示为某款车型的进气系统布置方案。空气通过进气口进入到进气系统,通过空气滤清器、谐振腔、稳压腔、进气歧管、进气道,最终进入发动机气缸内,与燃油混合。整个进气系统都布置在发动机舱内,由于空间有限,因此,进气系统的方案布置难度很大,既要考虑空间布置,还要考虑热管理、NVH性能。
图4.1.20 进气系统布置方案
进气系统出现噪声通常包括进气口噪声、空气滤清器壳体辐射噪声、空气在进气管内高速流动时产生的气动噪声等。
进气口的位置和朝向对噪声的影响也很大。图4.1.21所示为常用的进气口朝向。在设计进气口朝向时,要综合考虑进气效率、噪声、防尘、防雨雪等。进气口置于散热器上方并向前的方案(图a),可以将进气道做得更长,有利于噪声衰减。缺点是不利于防尘、防雨雪,杂质容易进入到进气系统中去。而侧向开口方案则不会产生这些问题。但是由于侧面开口方案(图b)的空间布置难度大,多数情况下是将进气口布置在纵梁内,这样一来容易在纵梁内部形成空腔共鸣,使噪声增大。
2.空气滤清器容积
空气滤清器的首要功能是过滤空气,向发动机提供清洁的空气。同时,由于空气滤清器本身具有较大的容积,因此,还起到降低进气噪声的作用。一般来说,空气滤清器的容积越大,则降噪效果越好。
图4.1.22所示为一款四缸发动机空气滤清器容积与噪声调查结果。从图中可以看出,滤清器容积越大,则进气噪声越低,特别是对于某些特定转速范围内的效果更加明显。因此,在进行进气系统设计时,首先要确定的是空气滤清器的容积,一般要求其容积至少为发动机排量的4~6倍,但同时还要考虑到发动机舱空间尺寸的限制。
图4.1.21 进气口朝向
图4.1.22 空气滤清器容积与噪声的关系(www.xing528.com)
3.进气管
进气管是指从进气口到进气歧管之间的管道,通常截面为圆形,或者近似于圆形。进气管通常为塑料制品,重量轻,易于制造。进气管影响噪声的参数主要有管径和长度。图4.1.23和图4.1.24所示为两组调查数据结果。不同的进气管直径和长度,对进气噪声的影响是不同的。因此,在设计进气系统时,要对这些参数进行详细的分析论证,以选择最佳的方案。
图4.1.23 进气管直径与噪声的关系
图4.1.24 进气管长度与噪声的关系
4.谐振腔
谐振腔是用来消除进气系统中某些特定频段噪声的,其结构如图4.1.25所示。它通常是与进气系统直接相连接,由进口、空腔两部分组成。
谐振腔相当于一个动力吸振器,其空腔内的空气相当于质量,进口部分的空气相当于弹簧。整个谐振腔等效于在进气系统原振动系统上追加了一个额外的振动系统。其原理如图4.1.25的右图所示。谐振腔的降噪效果取决于其空腔容积、进口直径和长度等参数。
图4.1.25 进气系统谐振腔
图4.1.26和图4.1.27所示为谐振腔位置及对噪声影响的调查结果。设计谐振腔时,除了考虑谐振腔的容积等参数以外,还要选择合适的位置。通常将谐振腔设计在进气系统刚度较高的位置,如空气滤清器上。这样可以避免安装基座的局部模态对谐振腔的降噪效果产生不利影响。
图4.1.26 谐振腔的位置
图4.1.27 谐振腔位置对噪声的影响
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