1、一个用于内燃发动机进气系统的无声空气滤清器的虚拟设计及性能预测 1 中文 3230 字 一个用于内燃发动机进气系统的无声空气滤清器的虚拟设计及性能预测 HAO Zhi-yong, JIA Wei-xin, FANG Fang (College of Mechanical and Energy Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China) (Tianjin Internal Combustion Engine Research Institute, Tianjin University, Tianjin 300072,Chin
2、a) E-mail: ； Received Jan. 17, 2005； revision accepted May 12, 2005 摘要：本文报道中采用低噪声内燃机进气系统开发的虚拟设计方法结合作者的研究结果。由此产生的高的通过噪声水平高于在全油门的立法目标时，发动机转速为 5200 r/min 需要边界元辅助设计任务，按照典型的进气系统的设计与开发过程。在最初的设计中，基于声学理论和要求并考虑空间发动机室中的约束，总 体积和粗糙的内部尺寸的测定。在详细设计阶段，确定了空气滤清器的确切的内部尺寸，和一个有效的方法应用于低频声性能的改善。预测表明，进气系统的声功率达到最小的进气系统噪声降低
3、发动机整体噪声。 关键词：虚拟设计 ；声学性能 ；沉默的空气滤清器 ；边界元法（ BEM） 1 简介 一个原函数的进气系统的主要功能是首先有效信道的新鲜空气对发动机进气噪声，其次是减少排放。有一些现有方法的发展来提高进气系统设计一个更现实的方法。这些目标包括：更有效的消声性能，达到降低噪声一方面日益严峻的立法目标，优化发动机的性能和燃油经济性 伴随着车辆质量的提高。 一个典型的程序，用于汽车发动机进气系统的设计与开发过程中。设计过程包括仔细调谐的匹配这些发动机运行和呼吸特性的影响，污染物排放优化影响噪声进气系统的所有组件，性能和经济性。从现有的或符号的系统布局，进行各种性能综合评价。这种信息可
4、能会被适当地使用评估的各种设计目标当前系统的性能，通过对其构成要素进行适当修改，为系统优化设计提供理论基础。 一个用于内燃发动机进气系统的无声空气滤清器的虚拟设计及性能预测 2 边界元法广泛应用在进气和排气系统的设计可以用来计算内部，外部，或两个领域的同时，只要求的空气滤清器可分为元素的周长；和施加边界条件的 缓解是另一个吸引。在本文中，边界元法是用来预测的空气滤清器的传输损耗和噪声排放。 原来的进气系统设计中出现的水平高于在全油门和发动机转速在 5200r/min的噪声信号的频谱特性的立法目标噪声高通连接通常是由离散的音调，对发动机的点火频率是 173 赫兹对应 5200 r/min 内联四
5、缸四冲程发动机谐波相关的广泛的序列占主导地位。在许多情况下，从主源的声能量体分布较低的频率成分，可能是难以控制的。因此，本文提到的频率范围是从 0 到 1 千赫。在这个频率范围内，如滤纸对集成系统的声学性能的影响是微不足道的，所以滤纸 不顾。噪音是从空气滤清器入口喷出，与空气滤清器系统出口连接到发动机的进气。所以在发动机空气滤清器的出入口压力为边界元法的边界条件。 一个降噪通常有两部分功能的传统进气系统：空气滤清消声器。由于空间发动机室中的约束，重新设计的空气净化器结合清洗和沉默效果。在这项工作中，一个所谓的沉默的空气滤清器进行了重新设计，几何结构确定的预测 TL 和边界元的声功率发射。同时，
6、为了尽量减少在较低频率的进气系统的声功率，旁通管被添加到空气输送管。所产生的声学性能分析表明，该方法最大限度地减少对进气系统噪声降低发动机整体噪声的目标 是可行的。 2 无声空气滤清器的设计 2.1 原装空气滤清器的评价 这种原始的空气滤清器的清洁设计主要关注减少噪音排放。空气滤清器的出口段是一个单位的速度振幅。 计算 Tl 时，空气滤清器的出口部分给出了单元速度振幅模型的声源，所有其他的表面被建模为“声学硬”默认情况。出口部分的声功率可以从公式计算。所有后续的 TL 的预测具有相同的边界条件。 预测的空气滤清器性能。在发动机进气道的声功率级是显示图的噪声源信号峰值为 173 赫兹的频率谐波相
7、关的发动机点火。由于发动机燃烧分布式低频率从100 赫兹到 800 赫兹 之间的声音能量堆积太高，传输损耗在 220 赫兹到 1 千赫兹的频率范围内是如此之低，噪声排放不能最小化，所以一个沉默的空气滤清器具一个用于内燃发动机进气系统的无声空气滤清器的虚拟设计及性能预测 3 有较高的 TL 200 赫兹到 1 千赫兹 的要求。 2.2 无声空气滤清器的初步设计 如果有足够的空间，一个复杂的结构，可以被分配到降低进气噪声排放。因此我们必须充分利用有限的空间。在这项工作中用 CAD 软件或 Pro/E 进行包络发动机室中的其他汽车部件的剩余空间。然后从笼罩空间获得的总体积所需的空气滤清器。下一步是选
8、择合适的消声器单元和它们的尺寸。考虑空气净化效果，必须满足两个要求：（ 1）空气流量应等于或超过原通量值；（ 2）过滤面积不能降解。在这要求的基础上，对消声器单元理论初步确定开采布局。空气滤清器是由两块隔板分隔成三个膨胀室，右挡板的中间有个洞，左挡板有四个孔的四角，滤纸放在中间膨胀室的中心。因为这空气滤清器的复杂性，孔的直径大于原来的。第二个要求是在第一挡板孔的直径和长度的二室，让过滤面积等于原来的，然后第二膨胀室的长度可以确定。所以空气滤清器的几何结构是由两个变量确定的。 整体的声学行为是三室的所有组成元件的行为总和。为了提供连续衰减谱宽的带宽，在他们个人的贡献衰减最小不应同时发 生。为了调
9、查三室个人的声学性能，综合空气滤清器被分成三个部分，其中之一是扩张室消声器单元，只是在两挡板的位置。边界元法的运行进行计算的三个个体的声学性能。第一室具有高和连续在 300-1000 赫兹频段的衰减，并在 400-800 赫兹的频率范围的第二腔室具有高衰减的声学性能稍微比第一个更糟。第三室性能最差，但在约 230 赫兹的频率，其中第一和第二室的最小衰减，它具有更高的衰减，从而为第一和第二部分提供的补偿效果。同时，在更高的频率，第三部分可能是良好的声学性能，这是在这个图中没有说明。请注意，这种单一的部分还介绍了 之间存在不确定性，声相互作用，即使他们的个人表现，可以适当地代表或建模。明确的单一部分的声学性能的初始设计提供了重要的信息。在某些领域的变化，集成系统在获得最佳的声学性能的详细设计的边界元法计算。 在最初的设计，外部几何尺寸已确定，并且已用粗糙的尺寸单位选择消声器。在挡板的位置和四个孔的第二隔板半径可以改变，以达到更好的声学性能。 2.3 噪声排放预测 直到现在，我们已经完成了总体设计的无声空气滤清器。为了与原来的做一个比较，的噪声辐射进行了预测。
