进排气系统NVH培训讲稿

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-ByNoise•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：20－20000Hz•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2×l0-5Pa)•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=2×l0-5Pa声压级通过对数压缩：数字简单；和人的生理感觉特性一致。0lg20lg10202ppppLP一些典型噪声源或典型环境的声压和声压级噪声声源或噪声环境声压（帕）声压级（dB）导弹发射场2000160锅炉排气放空200140汽车喇叭，距离1米20120织布机车间，织布机间过道3.17104大型卡车，车厢内0.6390大声讲话，距离1米0.280繁华街道0.06370安静的房间0.00240轻声耳语，距离0.3米0.0006330树叶沙沙声，树下0.000220乡村静夜0.000063102.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：0lg10WWLW噪声源声功率（W）声功率级（dB）宇宙飞船4×107196喷气飞机104160大型鼓风机102140汽锤100120织布机10-1110钢琴2×10-390小闹钟2×10-843轻声耳语10-930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)44lg(102RrQLLWp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，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82dB(A)，当发动机转速为5000rpm时，噪声值为92dB(A)，当发动机转速为6000rpm时，噪声值为97dB(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）1000.005600.00rpm90.00130.00dB(A)Pa频谱分析三维图形进气口噪声2档彩图加上控制的系统原系统声压dB(L)阶次频率(Hz)0.001000.00Hz900.006000.00rpmTacho1(T1)10.00110.00dB(A)PaAutoPowerOUTET:S(A)WF251[980.56-5971.5rpm]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、风扇和风机噪声噪声源频率范围，KHZ燃烧噪声活塞敲击噪声配气机构噪声喷油泵噪声齿轮噪声进气噪声排气噪声冷却风扇噪声1-102--80．5-2240．05-50．2-2内燃机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）kinzf2*60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800－1000Hz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）kinzf2*60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发动机挂构和吊耳车身排气歧管排气冷端三元催化柔性连接（波纹管、球法兰）耐久性噪声排放振动背压、功率损失排气系统性能指标排气系统开发的难点（后面介绍）1mairbornenoiseTestbedsetup•Definitionof„envelopebox“•1mdistanceformicrophonesonTopSideLHSRHSFrontSide•Averagingofall4microphonesresultsin1mairbornenoiselevel2.0TCIacousticassessmentSchallharterBoden1m1mMP1MP4MP31m1m1mMP2MP4MP3MP1ReferenceBox1m发动机噪声测试不同噪声水平的噪声构成Standardis80dB(A):exhaustnoise,enginenoiseStandardis77dB(A):exhaustnoise,intakenoise,enginenoiseStandardis74dB(A):exhaustnoise,intakenoise,tire-roadnoise,enginenoiseStandardis71dB(A):tire-roadnoise,exhaustnoise,enginenoise,intakenoise进气系统噪声开发TURBONOISEDAMPERDUCTWITHINTEGRATEDRESONATOROR¼WAVECOMPLETELINEWITHRESONATOR&POROUSDUCT1、国外车型各种消声结构Admissionline:filter&hosesASTRA:Diesel&GasolineenginesFilterYarisGasoline&DieselCorollaGasolineAvensisGasoline&DieselVECTRA&SAAB9.3:Diesel&gasolineenginesFlexibleelbowDecouplingelementCleanairshellFilterDirtyairshellFilterconnectionFlexibleelementResonatorOrificeExampleJaguar(美洲虎）X150AirInductionsystemShanghaiGML850AirInductionSystemProd.Location:Shanghai,ChinaProcess:SnapfitdesignS.O.P.:02/2006AnnualVolume:110,000•IntegratedPlug-inMAFsensor2、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进气系统更改后增加布置两个谐振腔初期A15(BMW)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、如何提高正向开发能力（噪声、模态、流场分析）耐久性噪声防水振动流阻、功率损失进气系统性能指标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）LL’/λ=C/4FScVLc2R2RL’=L+0.85RK=2π/λR=10lg[1+1/4tan2kL’]L’=L+0.85RR=10lg[1+C2/4S02(שL’/S-C2/שV)2]ccVlScf2Z2ccVlScf2cAclVWhy?Ifasystemhaveseveralnoisepeaks,suchasat66.7Hz,100Hzand200Hz,threeresonatorscouldbeused.1.TheHelmholtzresonatorfrequencydependsonVolume,necksectionareaandnecklength2.Iftheparametersarechanged,thetuningfrequencywillchangeD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*LK:经验系数（4－5）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30m/s）C、引气管口位置D、滤芯的计算：滤芯过虑面积：Q=K*FQ:额定流量K:流量系数（经验值：0.03）F:有效过虑面积4、谐振腔的布置谐振腔计算.xls5、空滤消声量（传递损失）的估算（下页)空滤扩张消声器分析clnf4)12(＋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)π/2时消声量最大3、K=2πf/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-POWERWAVE)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）•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的谐振腔大谐振腔小谐振腔进气系统的噪声优化案例排气系统噪声开发耐久性噪声排放振动背压、功率损失排气系统性能指标排气系统开发的难点各款排气系统参数对比.doc排气系统开发（动力总成参数收集）排气系统布置设计供应商初步确认工艺及背压和噪声布置修改确认及数据冻结提供发动机及附件系统，供应商匹配手工件试制及装车验证（尺寸、背压、噪声）提供车辆供应商走向修改和性能匹配奇瑞噪声、背压确认工装样件开发、OTS认可（B阶段）排气系统开发（动力总成参数收集）排气系统布置设计消声器初步选型(初步内部结构)及布置验证CAE流场分析（背压计算）GT-POWER(RICADO)声学分析CAE排气系统模态分析（约束、自由）手工件试制及消声室台架性能验证（背压、噪声）工装样件开发、装车尺寸确认奇瑞噪声、背压确认OTS认可（B阶段）调整结构、供应商工艺确认NY排气NVH1、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•¼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.docmuffler.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排气系统模态分析—培训.doc吊钩位置的确定、吊钩点振幅与频率（确定吊