发动机进气噪声及汽车NVH简介

谐振腔式消声器谐振频率计算公式(如下图)： f= (C/2π )*(S/(L*V))1/2 其中：C-为空气中的音速 L-接管长度 S-接管平均断面积 V-谐振腔的容积 f-谐振频率
四分之一波长管
四分之一波长管是安装在主管道上的一个封闭的管子，如下面图所示。 声波从主管道进入旁支管后，声波被封闭端反射回到主管，某些频率 的声波与主管中同样频率的声波由于相位相反而相互抵消，从而达到 消音目的。

合理设计进气管道和气缸盖进气通道，减少进气系统内压力脉动的强度和气门通道处的涡流强度。

导流管 进气管探入空滤器本体内，配合空滤本体内气道设计来消除噪声。 空气滤清器相当于一个扩张消音器，影响其传递损失的因素有两个：扩 张比m和滤清器的长度L。 扩张比越大越好，有两种办法提高扩张比：一是减小管道的尺寸，二是 增加滤清器的截面积。减小管道尺寸会使得功率损失增加，而增加滤清 器的截面积又受到安装空间的限制。将进入管和输出管插入到滤清器中 也可以提高滤清器的传递损失。
2、进气噪声产生机理 进排气噪声均属于空气动力噪声，由于气体扰动以及气体和其他物体相互作用而 产生的噪声称为空气动力噪声 。直接向大气辐射的空气动力噪声包括：进气噪声、 排气噪声、冷却风扇噪声。 发动机进气噪声是由进气阀周期性开闭而产生的压力波动所形成的。 进气噪声主要包括：周期性压力脉动噪声、 涡流噪声、气缸的玄姆霍兹共振噪声和进 气管的气柱共振噪声。 进气阀门开启时，活塞由于上止点下行 吸气，临近活塞的气体分子以同样的速 度运动，这样在进气管内产生一个压力 脉冲，随着活塞的继续运动，它受到阻尼； 当进气门关闭时，同样产生一个有一定持 续时间的压力脉冲，于是产生了周期性的 噪声——脉冲噪声，其噪声频率成分主要 集中在200Hz以下的低频范围。 同时，进气过程中的高速气流流过进气门流 通截面时，会形成涡流噪声，由于进气门流通截面是不断变化的，涡流噪声主要 集中在1000-2000Hz之间的高频范围；
VECTRA & SAAB 9.3 : Diesel & gasoline engines
Filter Yaris Gasoline & Diesel
Corolla Gasoline
Avensis Gasoline & Diesel
Example Jaguar(美洲虎） X150 Air Induction system
Flexible elbow
Decoupling element
Filter connection Flexible element Clean air shell
Filter
Dirty air shell
Resonator Orifice
Shanghai GM L850 Air Induction System Prod. Location : Shanghai, China Process S.O.P. : Snap fit design : 02/2006
TURBO NOISE DAMPER DUCT WITH INTEGRATED RESONATOR OR ¼ WAVE
COMPLETE LINE WITH RESONATOR & POROUS DUCT
Admission line : filter & hoses ASTRA : Diesel & Gasoline engines
四分之一波长管
这个旁支管的传递损失为：
2 1 2L TL 10 log10 1 m tan 4
式中L是四分之一波长管的长度，而m是主管截面积与波长管截面积的比值 当
2L 2n 1 （n=1,2,3…）时，传递损失达到最大,旁支管长为： 2
Annual Volume: 110,000 Integrated Plug-in MAF sensor
2、目前我公司几款车型进气系统情况
老状态A21进气系统 试验后布置两个谐振腔
初期A15(BMW)进气系统
更改后增加布置两个谐振腔
B11及B14进气系统
B11进气系统在参考原车时就设计有谐振腔
S11沿用MATIZ进气系统,设计有谐振腔
谐振腔
二、汽车NVH
随着汽车市场竞争的日益激烈和市场对汽车产品要求的日趋多样化，促使各整车 和零部件企业的产品开发的周期越来越短。 过去那种集整车和零部件开发于一体的开发方式已走向越来越分工和专业化。随 着中国加入世贸组织，零部件的全球采购已成为可能，这不仅大大提升了零部件对 整车开发的支持力，而且在向整车开发提供高质量零部件的同时也促使整车开发方 式转变，整车开发已成为除车身结构的设计外，主要是零部件的(结构)整合和(性能) 匹配(标定)行为。从一定意义上讲，整车开发已不在是单纯的结构设计和机构的实现， 如何在取得优质零部件总成的基础上，整合匹配出满足法规和标准要求或最优的整 车系统性能，已成为整车开发的核心。影响汽车乘坐和使用环境重要因素的振动噪 声性能，作为重要的法规和竞争指标在当今产品竞争中体现的越来越举足轻重。
L
d
Lb
D
Lb 0 假设只考虑进入管插入即 这时的传递损失简化为：
La
2 2L 2 sin 1 TL 10 lg 1 0.25 m 2La m ) cos(


2.进气噪声的控制
2.1声源控制 2.1.1合理的设计和选用空气滤清器。空滤是发动机有效的进气消声器，空滤所占的体积可作为膨 胀性消声器的膨胀腔，滤大消音效果就越好。但受前仓空间的限制，空滤不可 能做的非常大，因此消音效果受到限制。 空滤的滤芯是阻性消声器良好的吸声材料。
管道插入后，传递损失增加，而且在某个频率处出现了一个峰值，当 cos( 时传递损失达到最大值，对应的频率为 f
c 4 La
2La
即
La

4

)0
插入长度正好是波长的四分之一，也就是说进入管插入到滤清器中后，就相当于在系 统中加入了一个四分之一波长管，利用这个插入管，就可以调节某些频率下的传递损 失。 插入管大大地提高了插入损失，但是滤清器内有过滤网，这样插入长度往往受到限 制。另一方面，插入管会带来较大的功率损失，其损失值比减小管道直径带来的损失 还要大。所以是否采用这种插入管，要权衡传递损失和功率损失。

此外,汽车轮胎在高速行驶时,也会引起较大的噪声。这是由于轮胎在地面流动时, 位于花纹槽中的空气被地面挤出与重新吸入过程所引起的泵气声,以及轮胎花纹 与路面的撞击声。
进气噪声
1、进气系统 发动机是汽车的心脏，而进气系统则是发动机的动脉，也有人将进气系统比喻为 汽车的呼吸系统。进气系统的合理性直接影响发动机的性能、寿命，从而影响整 机的性能、寿命及环保性。 进气系统包含了进气歧管、进气门机构、空气滤清器。 空气滤清器一般由进气导流管、空气滤清器盖、空气滤清器外壳和滤芯等组成。 空气滤清器的功用主要是滤除空气中的杂质或灰尘，让洁净的空气进入气缸。实 践证明，发动机不安装空气滤清器，其寿命将缩短2/3。另外，空气滤清器也有降 低进气噪声的作用。
另外，如果进气管中空气柱的固有频率与周期性进气噪声的主要频率一致时，会产生 空气柱共鸣，使进气管中的噪声更加突出。
当进气阀关闭时，也会引起发动机进气管道中空气压力和速度的波动，这种波动由气
门处以压缩波和稀疏波的形式沿管道向远方传播，并在管道开口端和关闭的气阀 之间产生多次反射，产生波动噪声。
进气噪声与发动机的进气方式、进气门结构、缸径、凸轮型线等设计因素有关，对同 一台发动机来说，受转速影响最大， 转速提高一倍，进气噪声可以提高10—1 5dB(A)

传递损失可以用以下公式来表达：
2L sin 2 1 TL 10 lg 1 0.25 m 2La 2Lb m cos( ) cos( )
2

La L
式中 L 和
a
8r 3
L 分别是实际长度和计算长度，修正频率为：
c f0 4 La
进气噪声的优化
进气噪声的测量及主观评价 噪声频谱分析 确定进气噪声产生的原因（多种） 布置谐振腔或1/4波长管 样件准备及验证试验 布置确认及工装样件开发
1、国外车型各种消声结构
L
2n 1 4
四分之一波长管共振的频率为：
f0
(2n 1)c 4L
旁支管的频率只取决于管道的长度，管道越长，频率越低。从上式知道，影响四 分之一波长管传递损失的参数有两个，一个是旁支管的截面积与主管截面积的比 值m，另一个是波长管的长度。 四分之一波长管的一端是开口的，一端是封闭的，在开口处的声波会象活塞一样 运动，存在辐射声阻抗，因此管道的实际工作长度增加，需要对开口端进行修正。 对四分之一波长管来说，主管的管壁相当于法兰，於是四分之一波长管的实际长 度应该为：

一般来说，减小空滤进气管的截面积有显著的降噪效果； 增加进气管长度能够降低低速噪声，但同时中高速噪声会有较多的增大； 减小空滤出气管的面积，对进气噪声的降低效果不是很明显，反而影响到发动机的充气效率 有较大波动；

2.1.2 引进消声措施。 主要是增加赫尔姆兹消音器（谐振腔）和四分之一波长管。 赫尔姆兹消音器一般是用来消除低频噪声，而四分之一波 长管用来消除高频噪声。如果要用四分之一波长管来消除低频噪声， 那么波长管必须做得很长，但是太长的管道很难安装。 这两种消音器的目的都是消除窄频带的噪声，但是赫尔姆兹消音器的消音频 带比四分之一波长管要宽，所以赫尔姆兹消音器比四分之一波长管显 得更重要。 进气系统中，低频噪声成分往往非常大，而控制低频要采用赫尔姆兹消 音器。所以在汽车设计初期，要尽可能地给进气系统留出较大空间，以 便安装赫尔姆兹消音器，一般来讲赫尔姆兹消音器不能安装在空气滤清 器上。
进气空气动力噪声（与发动机点火频率相同）
nz f 2k 60 * i
2、燃烧和撞击声：
n:转速 z:发动机缸数 i: 发动机冲程系数（四冲程为2） k:谐波次数（阶次数） f: 噪声频率
频率1000以上（大约）
3、空气摩擦噪声： 频率800－1000Hz以上（大约）
三、进气噪声的控制
1.噪声的控制 所有的噪声问题基本上都可以分为三部分：声源～传播途径～接收者。 因此，一般噪声控制技术都是分为三部分来考虑。首先是降低声源的噪声， 如果做不到，或都能做到却又不经济，则考虑从传播途径中来降低。如上述 方案仍然达到要求或不经济则可考虑接收者的个人防护。 (1)声源控制 降低声源本身的噪声是治本的方法 (2)噪声传播途径控制 (a)吸声：主要利用吸声材料或吸收结构来吸收声能。 (b)隔声：用屏蔽物将声音挡住，隔离开来，是控制噪声最有效措施之一。 (c)消声：消声就是利用消声器来降低空气中声的传播。 (3)个人防护(护耳器)
发动机进气噪声及 汽车NVH简介
商研院动总 刘明
一、汽车噪声
噪声是工业社会带来的副产品，它与大气污染和水污染一起被认为是当今世界三 大公害。与其他两个公害相比，噪声的影响面最广，感觉最直接，人们反映也最 多。汽车作为一种主要的交通工具日益普及和增长，因而汽车噪声所造成的环境 污染也日益严重。 汽车噪声的种类： 产生汽车噪声的主要因素是：空气动力、机械传动、电磁三部分。从结构上可分 为发动机噪声,底盘噪声,电器设备噪声,车身噪声。 其中发动机噪声占汽车噪声的二分之一以上,包括本体噪声(如发动机振动,配气轴 的转动,进、排气门开关等引起的噪声)和进气噪声。 随着发动机技术的突飞猛进, 发动机噪声有较大幅度的降低。发动机之外的其他 噪声来源如传动系噪声、轮胎噪声、排气噪声以及车身壁板结构振动辐射噪声等, 对车辆整体噪声的贡献份额相对增大 。对于小型高速机和大型增压机来说，进 气噪声有时比发动机本体噪声高出多达5dB(A)，成为仅次于排气噪声的主要噪声 源。排气噪声是发动机最主要的噪声源，往往比本体噪声高出10-15 dB(A).