【文章內容簡介】 長管必須做得很長，但是太長的管道很難安裝。 共振消音器應該安放在系統(tǒng)聲模態(tài)的反結點。如果把消音器安放在結點處，將達不到消音效果?？諝膺^濾器一般來說是聲模態(tài)結點，因此不能將共振消音器安 裝在空氣過濾器上。 在前面一節(jié)中，已經(jīng)介紹了對赫爾姆茲消音器傳遞損失及其共振頻率的影響因素。在進氣系統(tǒng)中，低頻噪聲成分往往非常大，而控制低頻要采用赫爾姆茲消音器。所以在汽車設計初期，要盡可能地給進氣系統(tǒng)留出較大空間，以便安裝赫爾姆茲消音器。根據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計，赫爾姆茲消音器有效調整范圍為：頻率 (Hz) x 體積 (升 )300。 赫爾姆茲消音器只能消除一個頻率及其附近頻帶的噪聲。除了傳統(tǒng)的單個腔室結構外，也有兩個腔室的赫爾姆茲消音器。圖 ，圖 部串連。兩個腔 室的消音器可以消除兩個頻率的噪聲。如果兩個腔室的容積與一個腔室消音器容積一樣的話，那么兩個腔室消音器傳遞損失對應的峰值要低些。圖 腔室消音器傳遞損失的比較。 0102030405060700 200 400 600 800 1000TL(dB)40 m m60 m m80 m m1 00 m m1 20 m m1 40 m m1 60 m m1 80 m m延伸管 延伸管 延伸管 延伸管 延伸管 延伸管 延伸管 延伸管 頻 率 (H z ) 第四 章 進氣系統(tǒng)噪聲與振動分析與設計 47 圖 兩個外連接腔室的赫爾姆茲消音器 圖 兩個內連接腔室的赫爾姆茲消音器 圖 一個腔室和兩個腔室赫爾姆茲消音器傳遞損失的比較 影響四分之一波長管的因素有其長度和截面積。長度決定了傳遞損失的頻率。而其截 面積與進氣主管的截面積之比決定了傳遞損失的幅值大小。波長管的形狀對消音效果沒有影響，所以四分之一波長管可以設計成彎形狀。在一個進氣系統(tǒng)中，有時候有好幾個長短不一的波長051015202530350 50 100 150 200 250 300F r e q u e n c y ( H z )TL (dB)一 個 消音器二 個 消音器第四 章 進氣系統(tǒng)噪聲與振動分析與設計 48 管，用來消除不同頻率的噪聲。圖 。 圖 進氣系統(tǒng)中的四分之一波長管 第 六 節(jié) 進氣口噪聲實例分析 進氣噪聲是汽車最主要的噪聲源之一。進氣噪聲不僅會傳遞到車廂內影響顧客，而且還會輻射到環(huán)境。所以在設計進氣系統(tǒng)時必須使得噪聲既滿足客戶的要求也要達到政府有關法規(guī)。一般來說，在 設計進氣系統(tǒng)時，按照下列程序來進行。 第一，搞清楚發(fā)動機的參數(shù)和振動與噪聲特性，進氣系統(tǒng)可能的安裝空間。首先只用一根管道與發(fā)動機相連接，分析或者測量進氣口的噪聲特點。將此時的噪聲與目標噪聲比較，得到所需要的傳遞損失曲線。 第二，根據(jù)聲音質量的要求，確定進氣多支管的設計。如果要求聲音主要是發(fā)火階次組成而半階聲音盡可能小，那么多支管采用等長度分管。如果要求進氣聲音有動感，半階聲音成分大，那么多支管就設計成尾端連接分管形式。 第三，設計空氣過濾器。因為空氣過濾器是進氣系統(tǒng)必不可少的元件，除了過濾空氣外，它 還是一個擴張消音器。過濾器的容積應該盡可能大，這樣傳遞損失大而且覆蓋的頻帶寬。 第四，根據(jù)加了空氣過濾器之后的進氣口噪聲來確定所需要的消音器，赫爾姆茲消音器一般是針對低頻率，四分之一波長管用來消除高頻噪聲。最后使得噪聲達到目標。 我們以一個四缸發(fā)動機為例子來設計進氣聲學元件。假設進氣多支管已經(jīng)設計好了，是等長度分管，如圖 。首先將一根管道與發(fā)動機進氣多支管相連接，如圖 。然后測量進氣口的噪聲，圖 2階、第 4階的噪聲圖。這張噪聲圖中不包括任何消音元件，其總體 噪聲比目標噪聲高出 5到 20dB(L)。總體噪聲中發(fā)火階次 (第 2階 )的噪聲占絕對主要成分。在 5500rpm時第 4階噪聲占主導成分。 第四 章 進氣系統(tǒng)噪聲與振動分析與設計 49 圖 四缸發(fā)動機等長度分管 圖 一根管道與進氣多支管連接圖 圖 沒有消音元件的進氣口噪聲 雖然這張圖中的噪聲是隨著發(fā)動機而變化的，但是由於知道了第 2階噪聲占主導成分和第 4階在 5500rpm時的峰值接近總體噪聲，因此這兩個階次噪聲轉速所對應的頻率就 知道了。從而可以計算出各階與總體噪聲之間的分貝差值，這個差值就是消音系統(tǒng)要達到的插入損失。表 2階所要達到的插入損失。圖 2階所要求的插入損1 2 4 3 進氣總管 發(fā) 動 機 901001101201301401000 2020 3000 4000 5000 6000dB(L)頻率 (Hz) 第 2階噪聲 進氣口噪聲 目標噪聲 第 4階噪聲 第四 章 進氣系統(tǒng)噪聲與振動分析與設計 50 失主要是在兩個頻率達到峰值： 66． 7Hz (2020rpm)和 116． 7Hz (3500rpm)。在這兩個頻率時，插入損失值分別為 11． 9dB和 19dB。 表 第 2階插入損失 rpm Frequency (Hz) 目標噪聲 (dB(L)) 第 2 階噪聲 (dB(L)) 第 2 階 插入損失 1000 110 113 3 1500 50 117 2020 66. 7 2500 119 3000 100 118 3500 116. 7 114 133 19 4000 127 4500 150 123 5000 166. 7 115 5500 112 6000 200 118 119 1 圖 第 2階插入損失 表 4階所要達到的插入損失。圖 4階所要求的插入損失主要是 366． 7Hz (5500rpm)時達到 11． 3dB。 表 第 4階插入損失 rpm Frequency (Hz) 目標噪聲 (dB(L)) 第 4 階噪聲 (dB(L)) 第 4 階 插入損失 1000 66. 7 110 106 4 1500 100 102 2020 133. 3 98 2500 166. 7 103 3000 200 104 3500 233. 3 114 109 5 4000 266. 7 113 4500 300 108 1 05051015202520 40 60 80 100 120 140 160 180 200dB頻率 (Hz) 第四 章 進氣系統(tǒng)噪聲與振動分析與設計 51 5000 333. 3 117 5500 366. 7 6000 400 118 117 1 圖 第 4階插入損失 下面就在進氣管道上加 入消音元件以達到上述三個頻率的插入損失。對這三個頻率為：66． 7Hz， 116． 7Hz和 366． 7Hz，我們將分別采用赫爾姆茲消音器，空氣過濾器和四分之一波長管來達到消音目的。首先加入共振頻率為 116． 7Hz的空氣過濾器，如圖 。圖 加入過濾器后的進氣口噪聲。在以 3500rpm為中心的頻率帶內，進氣口噪聲大大降低。 圖 加入了空氣過濾器之后的進氣系統(tǒng) 圖 加入空氣過濾器后進氣口的噪聲 1 5 1 0505101550 100 150 200 250 300 350 400dB頻率 (Hz) 發(fā) 動 機 901001101201301401000 2020 3000 4000 5000 6000dB(L)原始進氣口噪聲 目標噪聲 加入過濾器后進氣口噪聲 頻率 (Hz) 第四 章 進氣系統(tǒng)噪聲與振動分析與設計 52 在現(xiàn)有的系統(tǒng)中加入一個頻率為 66． 7Hz的赫爾姆茲消音器，如圖 。圖 加入消音器后的進氣口噪聲。在 2020rpm附近的噪聲就降低到目標噪聲線以下。 圖 加入過濾器和赫爾姆茲消音器后進氣系統(tǒng) 圖 加入過濾器和赫爾姆茲消音器后進氣口噪聲 對 366． 7Hz (5500rpm)的噪聲峰值，我們用一根四分之一波長管來降低。圖 了波長管后的圖，圖 。這時 5500rpm附近的噪聲降低到目標噪 聲以下。 發(fā) 動 機 901001101201301401000 2020 3000 4000 5000 6000dB(L)原始進氣口噪聲 目標噪聲 加入過濾器和赫爾姆茲消音器后進氣口噪 聲 頻率 (Hz) 發(fā) 動 機 第四 章 進氣系統(tǒng)噪聲與振動分析與設計 53 圖 加入過濾器、赫爾姆茲消音器和四分之一波長管后進氣系統(tǒng) 圖 加入過濾器、赫爾姆茲消音器和四分之一波長管后進氣口噪聲 比較現(xiàn)在的進口噪聲與目標噪聲，可以看到在 4000rpm處，有個小小的峰值高出目標噪聲約 3dB。觀察圖 ，這個轉速下的噪聲可能是第 2階或者是第 4階貢獻的，頻率可能是 133． 3Hz或者是 266． 7Hz?？梢葬槍@頻率可以來設計四分之一波長管或者是赫爾姆茲消音器。圖 第二個四分之一波長管的進氣系統(tǒng)，圖 線。這樣經(jīng)過加入過濾器、赫爾姆茲消音器和兩個四分之一波長管后，進氣口的噪聲達到了目標噪聲。 圖 加入過濾器、赫爾姆茲消音器和兩個四分之一波長管后進氣系統(tǒng) 901001101201301401000 2020 3000 4000 5000 6000dB(L)原始進氣口噪聲 加入過濾器、赫爾姆茲消音器和四分之一波長管后進氣口噪聲 頻率 (Hz) 發(fā) 動 機 第四 章 進氣系統(tǒng)噪聲與振動分析與設計 54 圖 加入過濾器、赫爾姆茲消音器和兩個四分之一波長管后進氣口噪聲 第 七 節(jié) 進氣系統(tǒng)的振動與輻射噪聲 由於進氣系統(tǒng)的一端與發(fā)動機相連，而另一端與車體相連，因此減少發(fā)動機傳遞到車體的振動十 分重要。干凈空氣管道中有一段是用柔軟材料做成，如橡膠管，形成一個柔性連接，如圖 。由於這種柔性管的剛度非常低，因