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基于試驗設(shè)計的發(fā)動機進氣系統(tǒng)動態(tài)優(yōu)化 本文簡要探討了管道聲學的基本理論，分析了四分之一波長管，并探討了優(yōu)化發(fā)動機進氣系統(tǒng)的措施，目的在于進一步提高設(shè)計水平。 在車輛中，發(fā)動機進氣系統(tǒng)是其主要的噪聲源之一，其產(chǎn)生的噪聲很復雜，包含很多成分，其中，管口的噪聲是其重要部分。現(xiàn)今，發(fā)動機的進氣系統(tǒng)仿生多匯集在一維聲學方面，無法將消聲的原件模型參數(shù)化，同時具備發(fā)動機的仿真模型。如何在發(fā)動機進氣系統(tǒng)的設(shè)計上降低噪聲，就成為了設(shè)計人員需要深入探究的事情。以下簡要針對其相關(guān)內(nèi)容進行分析。 管道聲學的基本理論 汽車內(nèi)的發(fā)動機進氣系統(tǒng)主要是由消聲元件及管道兩部分構(gòu)成的。部分從業(yè)者在對進氣系統(tǒng)的聲學特性進行設(shè)計期間，需要基于相應(yīng)頻率的范圍前提下，保證聲波波長高于消聲元件的尺寸及管道的直徑。聲波被視為平面波在進氣系統(tǒng)內(nèi)傳播，所以，一般采用管道聲學的方法對進氣系統(tǒng)進行研究。通常，聲學方程為：，其中，p表示的是管道內(nèi)某一點的聲壓，x表示的是位置變量，c表示的是在管道內(nèi)聲波傳遞的速度，t表示的是時間變量。 四分之一的波長管 對于四分之一的波長管來講，其結(jié)構(gòu)較為簡單，所占據(jù)的面積較小，壓力損耗較低，被廣泛使用在發(fā)動機的進氣體系中，用于控制噪聲。一般來講，四分之一的波長管指的是在主管道上安裝的一個密閉的管子，為了安裝方便。 聲學仿真平臺 依據(jù)車廠的需求，對某車輛噪聲進行改進。因為進氣系統(tǒng)的噪聲對車輛噪聲造成嚴重影響，并且汽車車身的密閉性同進氣系統(tǒng)的管出口位置存在緊密關(guān)聯(lián)。相關(guān)工作人員應(yīng)對發(fā)動機的進氣系統(tǒng)進行優(yōu)化。然而發(fā)動機的生產(chǎn)廠商無法提供仿真發(fā)動機的模型參數(shù)及物理參數(shù)。由現(xiàn)實出發(fā)，基于缺少發(fā)動機仿真模型的基礎(chǔ)上，使用無源法，創(chuàng)建進氣系統(tǒng)的仿真平臺。 具體流程如下：第一，利用測量的方法獲取進氣系統(tǒng)的管道及消聲元件的尺寸圖。通過相關(guān)專業(yè)軟件創(chuàng)建空氣過濾器的三維模型圖。 借助消聲器軟件自動形成聲學空濾器的模型，然后建立管道的聲學模型及消聲器的聲學模型，將其進行組合。 第二，借助臺架實驗，獲取同發(fā)動機相匹配的進氣系統(tǒng)時域信號。依據(jù)管道的聲學理論可以發(fā)現(xiàn)，假如一支管道一點的壓力，則該點的聲壓即可通過計算得出，進而利用聲壓級的方法對噪聲施行預測。把進氣系統(tǒng)出的壓力時域信號當做進聲口，確定其工作情況。 第三，為了證實無源法預測的結(jié)果，在設(shè)計完成以后，需要對發(fā)動機的進氣系統(tǒng)進行計算、分析，因為實驗的發(fā)動機為四缸直列汽油機，進氣系統(tǒng)的管口噪音以二階與四階為主，其結(jié)果詳見圖4。 經(jīng)過實驗分析發(fā)現(xiàn)：其一，當發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度小于2800轉(zhuǎn)/分時，實驗的結(jié)果同計算的結(jié)果相同，當轉(zhuǎn)速超過2800轉(zhuǎn)/分，則實驗的結(jié)果高于計算數(shù)值。造成此種情況的原因在于實驗結(jié)果容納了高速氣流及周期性噪聲兩部分內(nèi)容，但是計算的結(jié)果僅容納了周期性噪聲一部分內(nèi)容；其二，對二階及四階的成分所占比例進行分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)果相對較高，區(qū)別是因為實驗同計算應(yīng)用的帶寬不同導致的，計算的數(shù)值僅包含單純的二階或者四階內(nèi)容；其三，管口噪聲的二階及四階成分，實驗結(jié)果同計算結(jié)果的趨勢大致相同。由此可以看出，無源法能夠被廣泛應(yīng)用，計算結(jié)果真實、可信。 DOE分析 利用對車輛的噪聲實驗分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速超過6000轉(zhuǎn)/分時，車內(nèi)的噪聲并沒有實現(xiàn)樣車的水準。從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，在6000轉(zhuǎn)/分附近，氣流的高速流動產(chǎn)生的噪聲占進氣系統(tǒng)管口噪聲的絕大分量。因為車輛內(nèi)部加裝阻性材料，所以進氣系統(tǒng)的噪聲被衰弱，從而導致摩擦噪聲的成本以高頻噪聲為主，一般頻率同轉(zhuǎn)速的關(guān)系為f=2n/60，其中，f表示二階噪聲相應(yīng)的頻率，n表示發(fā)動機的轉(zhuǎn)速。 一般來講，影響四分之一波長管的損失參數(shù)約三個，即主管道、波長管的直徑及波長管的長度。 總而言之，伴隨著現(xiàn)今社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市建設(shè)進程的逐步深入，人們的生活質(zhì)量及生活水平獲取了顯著提高，對發(fā)動機的要求標準也越來越高。所以，相關(guān)工作人員應(yīng)不斷提高自身的專業(yè)技能及綜合素養(yǎng)，細致對發(fā)動機的進氣系統(tǒng)進行設(shè)計，優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容，更新設(shè)計觀念，從而保證進氣系統(tǒng)的聲學特性，同時確保發(fā)動機的動能，為人們的出行安全提供保障。因此，對發(fā)動機進氣系統(tǒng)的相關(guān)內(nèi)容進行探討是值得專業(yè)人士深入思考的事情。 第 3 頁 共 3 頁