1、进排气系统噪声和振动开发简介（NVH),动力总成部 *,讲座内容,发动机噪声简介 进气系统振动与噪声（NVH)开发简介 排气系统振动与噪声（NVH)开发简介 噪声测试及Pass-By Noise 进排气系统开发亟待解决的课题,发动机噪声简介,有关噪声的基础概念 发动机噪声 发动机进气噪声 发动机排气噪声 发动机噪声测试,有关噪声的基础概念,声音：振动产生声音 听觉区域范围：2020000Hz 声压级：有效声压和基准声压比的常用对数乘以20，单位为分贝（空气中的参考声压一般取2l0-5Pa ) 噪声的相加和相减LP=10LG(10L1/10+10L2/10 )详细的声学知识可查阅书籍,有关噪声的
2、基础概念,1. 声压和声压级 刚刚使人耳产生疼痛感觉的声压（痛阈声压）约为20Pa。声压空气中的参考声压一般取p0=2l0-5Pa 声压级通过对数压缩：数字简单；和人的生理感觉特性一致。,一些典型噪声源或典型环境的声压和声压级,2. 声功率级,声源的声功率级Lw等于这个声源的声功率W与基准声功率 W0的比值取常用对数再乘以10。其数学表达式为：,声压级：表述空间固定位置的声能量；声功率级：表述声源辐射的声能量。,W0=10-12(w),消声声场中的声压级分析,假定有一个声功率为W的声源，当距声源r (m)，r米处的声压级为,排气设计指南的要求,在急加速和急减速的情况下，整车载荷为70KgX2，
3、按上述方法进行测量的尾管噪声见图5：当发动机转速为1000-2000rpm时，噪声值为82 dB(A)，当发动机转速为5000rpm时，噪声值为92 dB(A)，当发动机转速为6000rpm时，噪声值为97 dB(A)。,3.频谱和A 声级 人耳等响曲线,A、C 计权网络,噪声开发频谱分析（倍频程）,噪声开发常用分析图表,进气口噪声对比（绿色为现状态，红色为欧蓝得） （频谱曲线）,频谱分析三维图形,进气口噪声2档彩图,S21排气口噪声2档彩图,发动机噪声概述,发动机噪声结构振动噪声空气动力噪声,1、燃烧噪声 2、机械噪声 3、液体动力噪声,1、进气噪声 2、排气噪声 3、风扇和风机噪声,内燃机
4、噪声源频率特性,机械噪声,空气动力噪声,发动机进气系统噪声,进气噪声源：1、发动机燃烧和气门撞击声2、气门开启的周期变化产生的空气动力噪声3、气体在管道、气门、节流阀体出摩擦发出的声音4、管路和壳体辐射噪声、及振动传递噪声,1、进气空气动力噪声（与发动机点火频率相同）,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,2、燃烧和撞击声： 频率1000以上（大约）3、空气摩擦噪声： 频率8001000Hz以上（大约）,气门周期开启,发动机排气系统噪声,排气噪声源：1、发动机空气动力噪声（周期排气变化形成的噪声）2、高速强烈排气冲击噪声（对管、空
5、气）3、辐射噪声（通过壳体）4、气流摩擦噪声,排气空气动力噪声（与发动机点火频率相同）,n:转速 z:发动机缸数 i: 发动机冲程系数 k:谐波次数（阶次数） f: 噪声频率,发动机排气系统连接,排气系统开发的难点（后面介绍）,1m airborne noise,Test bed setupDefinition of envelope box“1m distance for microphoneson Top SideLHSRHSFront SideAveraging of all 4 microphonesresults in 1m airborne noise level,2.0 TCI
6、acoustic assessment,发动机噪声测试,不同噪声水平的噪声构成,Standard is 80 dB(A): exhaust noise, engine noise,Standard is 77 dB(A): exhaust noise, intake noise, engine noise,Standard is 74 dB(A): exhaust noise, intake noise, tire-road noise, engine noise,Standard is 71 dB(A): tire-road noise, exhaust noise, engine nois
7、e, intake noise,进气系统噪声开发,TURBO NOISE DAMPER,DUCT WITH INTEGRATED RESONATOR OR WAVE,COMPLETE LINE WITH RESONATOR & POROUS DUCT,1、国外车型各种消声结构,Admission line : filter & hoses,ASTRA : Diesel & Gasoline engines,Filter,Yaris Gasoline & Diesel Corolla Gasoline Avensis Gasoline & Diesel,VECTRA & SAAB 9.3 : D
8、iesel & gasoline engines,Flexible elbow,Decoupling element,Clean air shell,Filter,Dirty air shell,Filter connection,Flexible element,Resonator,Orifice,Example Jaguar(美洲虎） X150 Air Induction system,Shanghai GM L850 Air Induction System Prod. Location : Shanghai, China Process : Snap fit design S.O.P.
9、 : 02/2006 Annual Volume: 110,000Integrated Plug-in MAF sensor,2、目前我公司几款车型进气系统情况,试验后布置两个谐振腔,老状态A21进气系统,B11进气系统在参考原车时就设计有谐振腔,目前B14进气系统试验要求在此处再增加一个谐振管,B11及B14进气系统,谐振腔,S11沿用MATIZ进气系统,设计有谐振腔,空滤进气噪声问题,1、目前各新开发车型进气系统均未布置谐振腔消声结构。2、开发过程中测试结果和提出的方案有时不是很准确，对优 化带来一定的困难。优化方案实施困难3、如何在设计阶段预见性的提出一些解决措施和方法。4、如何提高正向
10、开发能力（噪声、模态、流场分析）,B 增加空滤器的体积（扩张式消声）,A 改变进气管的截面积,进气系统消声方法,C 增加谐振腔（管、室）,L,L/ = C /4F,Sc,V,Lc,2R,2R,L=L+0.85R K=2 / R=10lg1+1/4tan2kL,L=L+0.85R R=10lg1+C2/4S02( L/S-C2/ V)2,Why? If a system have several noise peaks, such as at 66.7Hz, 100Hz and 200Hz, three resonators could be used.,The Helmholtz resona
11、tor frequency depends on Volume, neck section area and neck length If the parameters are changed, the tuning frequency will change,D 如图方式：对发动机功率损失最小,进气系统示意图,空滤容积的确定,1、空滤容积: V=K*L K:经验系数 （45） L: 发动机排量 3、空滤的设计：A、上下壳体进出管布置B、进气管直径的确定（流速 25m/s 小于30 m/s ）C、引气管口位置D、滤芯的计算：滤芯过虑面积：Q=K*F Q:额定流量 K: 流量系数（经验值：0.0
12、3）F:有效过虑面积 4、谐振腔的布置谐振腔计算.xls 5、空滤消声量（传递损失）的估算（下页),空滤扩张消声器分析,如果在传声主管中插入一根面积扩张管或收缩管。设主管的截面积为S1，中间插管的截面积为S2，长度为L。这时插入损失为：,1、投射损失随扩张比增多而增大。 2、当sin(kl)= 1 方程的根为： kl=(2n+1)/2时 消声量最大3、K=2f/c,当S1=S3时 ， 得到第一个公式,S3,扩张比对消声量的影响,流场分析 振动模态分析噪声计算(GT-POWER WAVE),进气系统CAE分析,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）
13、 布置谐振腔或1/4波长管 谐振腔计算.xls 样件准备及验证试验 布置确认及工装样件开发,进气系统的振动噪声：不是主要的,1、对佳景提供的数模进行分析，大的谐振腔消声频率在61Hz,小的谐振腔消声频率在205Hz左右，基本符合NVH试验要求。,3、空滤噪声试验结果（手工件）： 加上200和300Hz的两个谐振腔后，2000rpm以上的进气噪声平均下降2dB(A)，加上60Hz的谐振腔后，1800rpm的进气噪声峰值消除，峰 值噪声 下降6dB(A)左右。（增加200Hz和60Hz的谐振腔,进气系统的噪声优化案例,排气系统噪声开发,排气系统开发的难点各款排气系统参数对比.doc,排 气 N V
14、 H,1、目前排气系统的开发流程 2、希望到达的开发流程,排气系统消声的方法,赫尔姆兹消声器（多级）扩张消声波长管 吸声材料（玻璃纤维） 强度考虑消声器手工计算不可能,排气系统消声器的常见结构,1、阻性消声器（吸声材料） 2、抗性消声器 （消声结构） 3、主动和半主动消声,相关的资料,排气系统设计,消声器容积确定（估算、参考其他车型） 初步的布置（消声器选型） CFD流场分析（计算排气背压）A21排气系统CFD计算报告.doc muffler.ppt 排气噪声计算（GT-POWER/WAVE)应用GT-Power 优化发动机进排气系统噪声.pdf 排气系统模态分析（振动分析）A21排气系统模态
15、分析培训.doc吊钩位置的确定、吊钩点振幅与频率（确定吊耳参数）豪华车排气吊钩受力：高档车 24N普通车 10N手工样件试制及台架验证及优化,排气系统噪声开发中存在的难题,消声器内部结构的初步确定（用于流场和模态分析）。 流场和模态分析已初具能力，声学分析手段暂没有。 发动机排气口空管的声学频谱获得（用于声学分析）。 通用尺寸验证检具的设计和制作费用（提高样件开发检测能力）。 噪声试验验证的手段建立,排气系统噪声的优化,排气噪声的测量及主观评价 噪声频谱分析 确定排气噪声产生的原因（多种） 提供状态好的车给供应商优化结构 或者提出具体的方案给供应商进行更改 样件准备及验证试验 工装样件更改,进
16、气噪声和排气一样 发动机和变速箱不易分离可集体避之,body,Engine,消除方法： 轮胎噪声光滑轮胎（无花纹） 排气噪声管口噪声串接大消声器 消声器辐射噪声声音隔离箱,返回噪声优化,At low engine speed, the control valve (red) is closed. High restriction under low flow condition is to control low frequency noise,At middle to high engine speed, the control valve (red) is opened. Low rest
17、riction under high flow condition is to minimize backpressure,一些噪声优化控制结构,Semi-Active Muffler,Internal Valve,Outside Valve,Pass-By Noise,EEC (Europe Economic Committee) Standards,1970: 82 dB,1974: 80 dB,1984: 77 dB,1995: 74 dB,Requirement is more restrict The difference is 8 dB,Actually, more than 8
18、dB(A) improvement, because: Vehicles power is increase, potential noise is higher Road surface is improved,USA Standards,SAE J1470 SAE J896,78 dB(A) for J1470,USA requirement is lower than Europe and Japan USA street is far away from resident areas,Ford vehicle pass-by noise is usually 72 to 74 dB(A
19、),Noise Sources of Pass-By Noise,Testing of Pass-By Noise,Test Field,Inlet Path: 10 m by 3 m Outlet Path: 10m by 3 m Main Body: 20 m by 20 m,1 Pass-By track,Testing of Pass-By Noise,Times to be tested: At least 4 times The difference between every two tests should be less than 2 dB,Microphone Locati
20、on: Distance from center line: 7.5 m The height from ground: 1.2 m,Requirement of the test field Acoustic Requirement: no objects within 50 m Background Noise: 10 to 15 dB lower than pass-by noise Road Condition: Smooth, road surface error Weather: 0 0C to 40 0C; wind speed 5 m/s,Testing of Pass-By
21、Noise,Different vehicles are required for different speed to approach the starting line Usually, At starting line A-A: 50 km/hr, WOT Between A-A and B-B: WOT At ending line B-B: release the gas pedal,不同噪声水平的噪声构成,Standard is 80 dB(A): exhaust noise, engine noise,Standard is 77 dB(A): exhaust noise, i
22、ntake noise, engine noise,Standard is 74 dB(A): exhaust noise, intake noise, tire-road noise, engine noise,Standard is 71 dB(A): tire-road noise, exhaust noise, engine noise, intake noise,车外加速噪声的研究,A,A,B,B,C,C,Photocall,Photocall,Intake (进气),engine,Exhaust(排气),Mic,Mic,车外噪声源：轮胎噪声跟车速有关，和转速无关 排气噪声从排气管口
23、发出的由消声器辐射出的 进气噪声从进气管口发出的由空滤器辐射出的 动力总成发动机变速箱 将上述各声源逐一消除，从而找出车外噪声的主要声源,NVH小组目前能做的试验介绍,试验能力： 1、一般的加速度信号采集和阶次跟踪分析，相应的频谱分析，例如倍频程，1/3倍频程分析。 2、一般的对自由声场条件要求不高的声音信号采集及频谱分析。 3、车身和一些零部件的模态分析。（主要是试验这一方面） 4、传递路径分析（目前只能做vibration transfer path analysis ,还不能做airborne transfer path analysis)。 5、声音记录回放，滤波，响度，粗糙度，尖锐度
24、分析。 能完成的试验 ： 1、车外通过噪声试验。（精度比较低） 2、车内匀速噪声试验。 3、车内加速减速噪声测试。 4、车内定置噪声试验。 5、发动机台架振动试验。 6、车外定置噪声试验。 7、怠速振动噪声测量。 8、整车零部件的振动测试。 9、白车身及一些零部件的模态分析试验。 10、结构传递路径分析。,NVH小组设备引进,正在购入的设备：1、声学及振动测量。 2、通用信号频谱分析。 3、阶次跟踪分析。 4、声强测量分析。 5、声音回放。 6、车外加速噪声雷达测速系统。 7、运行模态分析。 8、声功率测量分析模块。 9、传递路径分析模块。,进排气系统亟待解决的问题,1、进气在开发阶段谐振腔布置（便于后期优化） 2、排气消声器内部结构了解及掌握（数据库） 3、与CAE的合作计算，提高计算的准确性 4、试验能力及手段的提高（与供应商合作） 5、通用检具的设计制作,Thank You !,
