发动机进气系统噪声的优化

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基于试验设计的发动机进气系统动态优化设计

基于试验设计的发动机进气系统动态优化设计
基于 四分之一 波长 管 的参数 化模 型 , 研究 了发动机进 气系统 动态优化设 计
方法。应用“ 源法 ” 在不 具备发动机仿真模 型的情况 下 , 无 , 通过进气 系统声 学性能 D E分 析 , 用响应面 法对 四分之 一 O 利 波长管 的设计参数进行优 化 , 为进气 系统声学性能设计提供依据 。
e g n - n — o c - t o s pr s n e n ie o s ur e meh d wa e e t d. Ba e n h p r mee ie mo e o u re v u e , t e meh d f s d o t e a a t rz d d l f a q a t r wa e t n r h t o o dy mi p i z to d sg f r n a e y t ms f a e g n wa su id. Usn t n —o r e meh d,wih u t e na c o t miai n e in o i t k s se o n n i e s tde i g he o s u c — t o to t h e multo de fa ngn ai n mo lo n e i e,t e a o si r p ry a ay i fis i a e s se o l e p ro me h c u tc p o e n lss o t ntk y t ms c u d b e fr d.An p li g t e t d a p yn h
关键词 :发动机 ; 进气系统 ; 学性能 ; 声 优化 ; 无源法
中 图 分 类 号 :T 5 5+. B3 2 文 献 标 识 码 :A
Dy m i p i i a i n d sg f r i t ke s se f a e i na c o tm z to e i n o n a y t ms o n ng ne

涡轮发动机的噪声控制技术

涡轮发动机的噪声控制技术

涡轮发动机的噪声控制技术在现代工业和航空领域,涡轮发动机以其高效的动力输出而广泛应用。

然而,伴随其强大性能的是显著的噪声问题。

涡轮发动机的噪声不仅对周围环境造成干扰,还可能影响操作人员的健康和工作效率。

因此,研究和应用有效的噪声控制技术至关重要。

涡轮发动机产生噪声的原因较为复杂。

首先,气流在发动机内部的高速流动会产生湍流和压力脉动,这是噪声的主要来源之一。

当空气进入压缩机和涡轮叶片时,由于叶片的高速旋转和气流的复杂流动模式,会引发强烈的气动噪声。

其次,发动机的机械部件,如齿轮、轴承等的运转也会产生机械噪声。

此外,燃烧过程中的不稳定和压力波动也会导致燃烧噪声。

针对这些噪声源,研究人员和工程师们采取了多种噪声控制技术。

其中,声学衬里技术是一种常见且有效的方法。

声学衬里通常安装在发动机的内壁,如进气道、压气机和涡轮机匣等部位。

这种衬里通常由多孔材料制成,如蜂窝结构或泡沫材料,其内部的微小孔隙能够吸收和散射声波,从而降低噪声的反射和传播。

声学衬里的设计需要考虑材料的声学性能、孔隙结构、厚度以及与发动机内部气流的兼容性,以实现最佳的降噪效果。

另一种重要的噪声控制技术是优化叶片设计。

通过改进涡轮和压缩机叶片的形状、叶尖间隙和叶片数量等参数,可以减少气流的分离和湍流,降低气动噪声的产生。

例如,采用更先进的翼型设计可以改善气流的流动特性,减少压力脉动和噪声辐射。

同时,对叶片表面进行特殊处理,如增加粗糙度或采用涂层技术,也可以降低噪声。

消声器在涡轮发动机的噪声控制中也发挥着重要作用。

消声器可以安装在发动机的排气系统中,通过内部的声学结构和抗性元件来消除或减弱噪声。

常见的消声器类型包括抗性消声器、阻性消声器和阻抗复合消声器。

抗性消声器利用声学共振原理来抵消特定频率的声波,阻性消声器则通过吸声材料来消耗声能,而阻抗复合消声器则结合了两者的优点,能够在更宽的频率范围内实现有效的降噪。

主动噪声控制技术是近年来发展迅速的一种方法。

优化车辆进气系统降低车内加速噪声

优化车辆进气系统降低车内加速噪声

的程 度 。当噪声度 越好
量 。在工 程应 用上 .重 庆大学 车辆 工程 研究 所发 明
了一 种 赫 尔姆 兹 多腔 并联 旁 支 共振 式 进 气 消声 器 .
并将 其应 用 于实车进 行 了车外 加速 噪声 试验 .消声
效 果 显著 【 本 文将 介 绍车 内噪声 的评 价 和发 动 机 1 ]
既要考 虑声 压级 的大 小又要 考虑 其频 率成 分与 转速
的关 系 汽车最 主要 的噪声 源 是发动 机 .发动 机 的 噪声 是与 阶次 密切相 关 的 . 如果 已知 阶次 曲线 . 么 那 噪声 级与转 速 和频率 的关 系也 即确定 线 性度 指 的 是车 内噪声 随发 动机 转速 变化 的 曲线 接近 一根 直线
r s n n e p n i l ,a d t e n ie e i n t g ef c f t e r s n t r f t e it k n fl s c e k d h e u s e o a c r c p e n h o s l i mi a i f t o h e o a o s h n a e ma i d i h c e .T e r s h n e o o
3 进气 噪声 分 析及 控 制 策 略
进气 噪声是 由进 气 门周期 性开 、闭 而产生 的进 气 管 内压 力起 伏变化 所形 成 的 进 气噪 声一般 随着
1 前 言
随着汽 车 产业 的发 展 .汽 车 的 N H性 能 成 为 V 评价 汽车 品质 的重要 技术 指标 发 动机 进气 噪声 是 汽车 主要 噪声 之一 目前 在汽 车发 动机 上用 的最 多 的是 赫 尔姆兹 共振 式进气 消声 器 .通常 把该结 构认 为是 一个 质量 弹簧 系统 .其连 接管 中的空气 作为 质

汽车发动机的燃烧噪声与振动控制

汽车发动机的燃烧噪声与振动控制

汽车发动机的燃烧噪声与振动控制在现代社会,汽车已经成为人们生活中不可或缺的一部分。

然而,汽车的发动机燃烧噪声和振动给人们的驾驶体验带来了一定的困扰。

为了提高汽车的舒适性和安静性,对汽车发动机的燃烧噪声和振动进行控制是至关重要的。

本文将从发动机噪声和振动的原因入手,探讨一些常见的噪声和振动控制技术。

一、噪声的来源和控制1.1 燃烧噪声燃烧噪声指的是发动机在燃烧过程中产生的噪声。

这种噪声主要源于燃烧室内的高温高压气体和燃油的燃烧不完全。

燃烧噪声可以通过以下控制手段来减少:(1)改善燃烧室设计:优化燃烧室结构和燃烧室内的气流分布,提高燃烧效率,减少噪声的产生。

(2)提高燃油的喷射技术:采用先进的燃油喷射技术,如直接喷射和多点喷射等,可以使燃油燃烧更充分,减少噪声的产生。

(3)降低排气温度:通过增加散热器的面积和改进冷却系统,有效降低排气温度,减少噪声的散发。

1.2 机械噪声机械噪声是指发动机内部机械零部件运动时产生的噪声。

这种噪声的主要来源有曲轴、连杆、凸轮轴等部件的运动和摩擦声。

机械噪声可以通过以下控制手段来减少:(1)优化零部件的材料和制造工艺:选择高强度、低噪声的材料,并采用精密加工工艺,降低摩擦噪声。

(2)加装隔音材料:在发动机的关键部位加装隔音材料,如凸轮轴盖、曲轴箱等,有效降低机械噪声。

(3)减震措施:采用减震器和隔振装置,减少机械振动,进而降低机械噪声。

二、振动的来源和控制2.1 内燃机的振动内燃机的振动主要来自于排气脉动和不平衡力。

由于内燃机的工作过程是不连续的,燃烧的脉动力会给发动机带来一定的振动。

此外,由于内燃机各零部件的质量分布和工作时的力分布不均匀,也会导致发动机的振动。

内燃机的振动可以通过以下控制手段来减少:(1)改善配气系统:通过优化进气和排气系统的设计,使排气脉动减小,有助于降低内燃机的振动。

(2)平衡旋转部件:对内燃机旋转部件进行平衡处理,减少不平衡力,降低振动的产生。

发动机降噪处理

发动机降噪处理

发动机降噪处理
常见的发动机降噪处理方法:
1、发动机罩和隔音罩:安装一个发动机罩或隔音罩可以减少发动机噪音的传播。

这些罩可以隔离噪音源并吸收噪音,从而降低噪音的传播和进入车辆内部的程度。

2、吸音材料:在发动机舱内部或发动机罩上使用吸音材料可以有效地减少噪音。

这些材料可以吸收和消除噪音振动,从而降低发动机噪音的级别。

3、排气系统改进:排气系统中的消声器或减震器可以减少发动机排气噪音。

通过使用设计良好的排气系统组件,可以减少噪音的产生和传播。

4、振动控制:振动是发动机噪音的常见来源之一。

通过使用振动控制技术,如减振器和隔振器,可以降低振动传递到车辆结构和车内的程度。

5、隔音材料:在车辆内部使用隔音材料可以减少外部噪音的进入。

这些材料可以用于车辆地板、车门和车顶等部位,以隔离发动机噪音和其他噪音源。

6、发动机维护:定期进行发动机维护可以确保其正常运行,减少噪音的产生。

包括更换磨损的零部件、保持良好的润滑和调整发动机的正常工作参数等。

空气滤清器对车辆进气噪声的影响分析及性能优化

空气滤清器对车辆进气噪声的影响分析及性能优化

空气滤清器对车辆进气噪声的影响分析及性能优化随着道路的不断拓宽和交通的不断便利,汽车已经成为人们出行的重要工具。

但是,汽车运行过程中产生的噪音污染也成为人们关注的焦点。

汽车进气噪声是汽车行驶过程中产生的噪音之一,很大程度上影响了驾乘舒适性和声环境质量。

为解决这个问题,汽车空气滤清器作为一种常用的噪声控制装置被广泛使用。

空气滤清器是一种用于过滤空气中灰尘、污染物和细菌等颗粒物的设备,它可以保护发动机、减少污染,同时对汽车进气噪声也有一定的影响。

一般而言,为了增加滤清器的过滤效果,提高进气气流速度的同时会对进气噪声产生不良影响。

进气噪声主要来源于过滤器的基座、侧壁、端盖以及滤材之间的共振,旋流器外壳的振动等多个方面。

提高滤材的质量,可以有效减小过滤器内部空气流动产生的噪声,从而降低汽车在行驶过程中的进气噪声。

性能优化是汽车空气滤清器设计的必要过程。

首先,滤材的密度、厚度、孔径和压降等参数需要优化,使得滤材对粉尘等污染物的过滤效果最佳。

其次,滤材与过滤器底座、侧壁、端盖及旋流器等结构部件之间的连接较为重要,采用精密的焊接工艺可以有效减少共振产生的噪声。

此外,空气滤清器的设计应进行低频共振分析,找到共振起振的原因,并进行拟定対策。

因此,汽车空气滤清器的设计和性能优化对于降低汽车进气噪声具有重要的作用。

通过适当的滤材密度和压降设计,优化滤材与过滤器底座、侧壁和端盖等结构件的连接方式,并进行低频共振分析,可以显著的减小汽车进气噪声的幅度,从而提高汽车的驾乘舒适性和声环境质量。

因此,空气滤清器产品质量将直接影响汽车的噪声性能及其他性能,对于车辆的整体品质有着至关重要的作用。

除了空气滤清器,减振材料也可以作为汽车进气噪声的降噪措施。

在汽车运行过程中,发动机及其他机械部件震动会传递到车身,产生噪声。

使用减振材料可以将振动和噪声大幅度降低,提高汽车的驾乘舒适性和声环境质量。

目前市面上,常用的减振材料有钢板材、橡胶材料、聚合物材料和自粘贴膜等。

发动机进气系统性能仿真及降噪优化

发动机进气系统性能仿真及降噪优化
p p r T e mo esf rs u ai g t e i tk y tm ef r n e a e e tb ih d b _ o L Du o t ep o lm a h a e. h d l o i lt a e s se p ro ma c sa l e y GT P we e t h r b e t t e m n h n r s h t

损 失 、 气 口噪声 、 入 损 失进 行 评价 ; 体 动 力 性 进 插 气 能采 用压 力损 失进 行 评价 。本文 主 要通 过进 气 口 噪声 、 入损 失和压 力损 失来评 价消 声元件 性 能 。 插
个模 型里 完成 。 进 气 口噪 声 模 型 在 进 气 口位 置添 加 一个 麦 克
英 国汽 车 工业 研 究 协会 的研 究发 现 , 车 噪声 汽 中 以发 动机 噪 声 为 最大 u 。降低 汽 车 噪 声 , 从 降 要
放 标准 和 噪 声标 准 的 日益严 格 , 考 虑排 气系 统 噪 只 声 优化 已经 不 能满足 限值要 求 , 因此 有必 要对 发 动
声。
4 3
直 管长度 定义 。 24 消声 元件性 能评 价模 型 .
对进 气 消 声 元 件 的评 价 指 标 主 要 包 括 两 个 方
面 : 声性 能 和气 体 动 力性 能 。消 声性 能采 用 传 递 消
分别 将 22 23中的消 声 元件 与发 动 机耦 合 , .、 - 建 立 性 能评价 模 型 , 进气 口噪声 、 将 压力损 失 的计算 在
步优化 。
lO O 9 O
最 大 功 率 (W/ / n) k (mi r ) 最 大 扭矩 ( m ( mi) N./ / n) r 气 缸 点火 顺 序

发动机进气消音器的优化设计

发动机进气消音器的优化设计

872023/06·汽车维修与保养栏目编辑:高中伟 ******************职教园地文/河南 张锐 张涛 冯世杰 郭一鸣 张鑫宇目前,国家法令法规对车辆噪声控制的要求愈来愈严格。

以传统发动机为动力的汽车噪声,首要噪声源之一是发动机进气系统,发动机进气系统也是当前汽车降噪的首要对象之一。

进气系统噪声作为发动机运转中的首要噪声源,已引发了NVH工程师的关注。

为了削减进气系统在发动机运行时的噪声,必须在进气系统中安装几个消音器元件,如赫姆霍兹消音器、1/4波长管等。

一、进气系统消音元件的特性分析1.1/4波长管的声学分析1/4波长管一般安装在汽车发动机进气系统的进气管上。

如图1所示,主管内的声波进入分支管时,出口端被关闭,声波反射,部分频率的声波被主管反射后,相位与主管内的同频声波偏移或反转,声压部分或全部抵消,实现几个频带的噪声控制效果。

图1 1/4波长管结构示意图1/4 波长管的传递损失可由下式进行计算:(1)式中:m —旁支管与主管截面积的比值;L—旁支管的长度;—声源的波长。

从上述公式可以看出,固定旁路长度为L 时,传输损失仅与旁路和主管横截面积之比m 有关,横截面积之比越大,传输损失越大。

在式(1)中,若比值m 固定,则当(n 为大于10的整数)时,1/4波长管的传递损失TL 最大,此时,1/4波长管的旁支管长度为:(2)当在n =1的情况下,旁路管的长度最小,并且可以安装在紧凑的空间里。

此时,旁路管的长度是声源发出声波波长的1/4。

式(2)得到的1/4波长管的峰值频率为:(3)式中:c—声速。

在实际应用中,可以设置在机舱内的备用空间是有限的,1/4波长管不应过长,因此通常用于控制高频噪声。

2.赫姆霍兹消音器特性分析赫姆霍兹(Helmholtz)消音器也是发动机进气系统应用最早、最广泛的消音器之一,赫尔姆霍兹消音器从一个容积室通过一个分流管连接到主管道,在结构上被分类为旁路分路消音器。

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发动机进气系统噪声的优化
(文章来源:盖世汽车社区)
图1 进气口噪声
进气噪声是考察汽车NVH性能的重要内容之一,利用CAE技术优化进气系统噪声的过程,在该过程中,利用Sysnoise软件精确地模拟进气系统的声场特性,可为优化设计提供改进思路,不仅能加快开发过程,而且能节约开发成本。

现在NVH(噪声、振动与舒适性)性能已经成为评价汽车品质的一个重要指标。

各大整车厂都致力于通过提高汽车的NVH性能来提升其品牌价值与市场竞争力。

同时,随着人们对噪声污染的不断重视,针对汽车噪声的法规也愈加严格。

进气噪声作为汽车的一个重要噪声源也得到了足够的重视。

而传统的设计手段已不能针对市场需求,快速反应,设计出满足要求的进气系统。

运用现代的CAE技术开发进气系统势在必行。

本文阐述了一款自吸发动机进气系统噪声的优化过程。

在该过程中运用CAE技术,分析了整个进气系统(包括进气歧管在内)的声场特性,发现了原进气系统在降噪方面的缺陷。

通过计算分析,合理设计、布置消声单元,弥补了原进气系统在降噪方面的不足。

图2 直管进气口处的噪声
进气系统噪声源及降噪措施
1. 进气系统噪声源
发动机的进气系统是一个非常复杂的噪声源,包含各种类型的噪声,每种噪声产生的机理各不相同。

因此,对进气系统噪声进行优化首先要明确各个噪声源产生的原因,并确定各个噪声源的贡献量,再有针对性地解决噪声问题。

进气系统噪声从总体上可以分为空气噪声和结构噪声两大类。

空气噪声包括脉动噪声和流体噪声。

脉动噪声由进气门的周期性开、闭而产生的压力起伏变化而形成,这部分噪声主要影响进气系统低频噪声特性。

另外,在进气管空气柱的固有频率与周期性脉动噪声的主要频率一致时,会产生空气柱的共鸣声。

此外,由于进气口和前侧板之间可能形成一个共鸣腔,因此也可能产生额外的共鸣噪声。

流体噪声是气流以高速流经进气门流通截面,形成涡流,产生的高频噪声。

由于进气门流通截面是不断变化的,因此这种噪声具有一定宽度的频率分布,主要频率成分在1 000Hz以上。

此外,在节气门体处有时也会产生涡流噪声。

图3 进气系统的传递损失
进气系统结构辐射噪声,是由塑料壳体较小的刚度特性造成的。

在内部压力波的激励下,壳体产生振动,外表面推动空气产生波动,从而辐射出噪声。

这里所说的内部压力波实际上就是壳体内部的声波。

2. 发动机进气系统的降噪措施
流体噪声和结构噪声处理的方法相对比较单一,而且往往不是进气系统的主要噪声。

这里主要探讨低频噪声的降噪措施。

(1)合理设计空气滤清器。

根据安装空间设计空气滤清器本体。

空气滤清器容积应该尽可能大,这样传递损失大且覆盖的频带宽。

空滤器的进气管和出气管有时会插入到空滤器中,插入的长度对传递损失有影响,不同的插入长度都能够提高空滤器的传递损失,但插入管会带来较大的功率损失,其功率损失比减小管道截面积带来的损失还要大。

图4 进气系统在60Hz处的声压云图
(2)确定空滤器进出管的管径和长度。

减小空滤器进、出管管径,增大扩张比,对降低噪声有好处,但是会增加进气系统的压力损失,降低发动机的进气量,影响发动机的性能。

进气管的长度会影响到空气滤清器的有效消声频率,随着进气管长度的增加,空气滤清器有效消声频率将移向低频,因此,设计时根据需要合理确定进、出气管的长度也很重要。

(3)合理使用消声单元。

常用的消声单元有赫姆霍兹共振腔、1/4波长管及1/2波长管等。

赫姆霍兹消声器一般是针对低频的,1/4 波长管一般用来消除高频噪声。

图5 在进气口处添加赫姆霍兹共振腔
(4)特殊的消声措施。

当发动机机舱空间不能满足布置消声单元要求时,可以考虑使用特殊的消声措施,如采用进气编织管,可以在较宽的范围内,取得消声效果。

在空气滤清器模态高声压集中区域布置多孔吸声材料。

原进气系统声源识别及根源探究
为了准确识别进气系统的噪声源,同时测试了进气口噪声和空气滤清器壳体辐射噪声。

对比发现进气口噪声占主要成分。

从图1可以看出,总声压级线性度差,而且比设定的进气口噪声目标高出许多。

2阶噪声在1 900r时存在峰值,4阶噪声在4 000r时存在峰值,6阶噪声在2 636r时存在峰值,8阶噪声在2 000r时存在峰值。

除2级噪声外,其他几个峰值对应的频率基本一致(见表1)。

2阶噪声在63Hz处的峰值,造成车内的共鸣声。

图6 加上赫姆霍兹共振腔后,进气系统的传递损失
为进一步分析各阶噪声峰值产生的原因,我们用直管代替进气系统测试进气口处的噪声。

从图2可以看出2阶噪声在1 900转时并没有峰值存在,并且比带空气滤清器进气口处的2阶噪声小10dB(A)。

所以此处峰值和声源无关,应是在传递路径中引起的。

为此,我们分析了整个进气系统的传递损失。

从传递损失计算结果(见图3)可以得出,整个进气系统在60Hz处存在谷点,在260Hz 左右存在谷带。

因此,为了改善进气系统的降噪效果,需要在这两处做改进。

图7 在出气口管上添加1/4波长管
进气系统的优化设计
1. 设计赫姆霍兹共振器
为了消除2阶噪声在63Hz处的噪声峰值,同时根据空间布置要求,设计了一个3L的赫姆霍兹共振器。

设计赫姆霍兹共振腔的关键是选对安装位置,不恰当的安装位置往往起不到应有的作用。

按照相关的噪声理论,赫姆霍兹共振器应布置在声压最大的区域。

从图4可以看出,声压最大的区域在进气歧管上,但在这里布置赫姆霍兹消声器是不现实的,实际最优位置应在进气管的进口处(见图5)。

在设计赫姆霍兹共振腔时,还要考虑到进气系统的温度与流速对当地声速的影响,流速对声速的影响较为重要。

在转速低工况时,流速较慢,对声速影响相对较小。

从图6可以看出,添加赫姆霍兹共振器后,在60Hz左右处的传递损失得到改善。

图8 加1/4波长管后,进气系统的传递损失
2. 添加1/4波长管
针对260Hz左右存在的谷带,设计了一个1/4波长管。

与设计赫姆霍兹共振腔一样,设计1/4波长管时,首先要考虑安装位置(见图7)。

其次,还要考虑流速和温度对声速的影响。

这里与赫姆霍兹共振腔有区别的是,1/4波长管要在三个不同转速下都能起到降噪的作用,而且这三个转速跨度较大,2 000~4 000r/min,进气流速大致为10~21m/s。

从图8可以看出,添加1/4波长管后,在260Hz左右处的传递损失得到很大改善。

图9 优化方案的两次测试结果
3. 试验验证
为了验证优化效果,我们制作了快速样件进行测试。

从表2可以看出,2阶噪声在1 900r/min时的峰值从100dB(A)下降到
94dB(A);4阶噪声在4 000r/min时的峰值从102dB(A)下降到87dB(A);6阶噪声在2 636r/min时的峰值从93dB(A)下降到73dB(A);8阶噪声在2 000r/min时的峰值从90dB(A)下降到73dB(A),总声压级也得到很大改善(见图9)。

总结
1. 在进气系统噪声优化时,要明确产生噪声问题的根源,有针对性地提出解决问题的方案。

2. 计算进气系统声场性质时,最好将进气歧管包含在内一起计算,从而更全面地考察进气系统的声场性质,发现进气噪声传递路径上的缺陷,提出改进措施。

3. 优化进气系统时,要清楚各个消声单元的作用和消声原理,同时也要综合考虑消声措施对发动机性能的影响,以及产生其他噪声的可能因素。

4. Sysnoise声学软件能够精确模拟进气系统的声场性质,满足设计要求,节约了开发成本,成为进气优化设计的一种重要工具。

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