某車型排氣消聲器的NVH問題排查及設(shè)計(jì)改進(jìn)

田靜

（江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，合肥 230601）

某車型排氣消聲器的NVH問題排查及設(shè)計(jì)改進(jìn)

田靜

（江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，合肥 230601）

某款車型怠速N擋、D擋車內(nèi)后排噪聲偏高，220 Hz處存在噪聲峰值，經(jīng)排查為排氣消聲器在220 Hz處傳遞損失不足引起。通過GT-POWER軟件對(duì)排氣消聲器進(jìn)行建模，分別對(duì)腔體的形狀、容積、出氣管內(nèi)插管長(zhǎng)度、管壁的穿孔數(shù)及穿孔率等進(jìn)行分析，最終找到導(dǎo)致220 Hz處傳遞損失不足的原因?yàn)檫M(jìn)出氣口端的小孔。取消小孔后220Hz處傳遞損失大幅提升，車內(nèi)后排噪聲峰值消除。

主題詞:排氣消聲器 NVH 傳遞損失

1 前言

汽車排氣系統(tǒng)的作用是盡可能減小排氣阻力和噪聲，將氣缸內(nèi)的廢氣排到大氣中。排氣有一定的能量，且由于排氣的間歇性，在排氣管內(nèi)引起排氣壓力的脈動(dòng)。而排氣消聲器的作用就是通過逐漸降低排氣壓力和衰減排氣壓力脈動(dòng)來消減排氣噪聲[1]。所以，排氣系統(tǒng)尤其是排氣消聲器的設(shè)計(jì)、問題排查及改進(jìn)在整車NVH中尤為重要。

2 排氣消聲器NVH問題的出現(xiàn)及原因排查

2.1 NVH問題的出現(xiàn)

本公司某款自動(dòng)擋車型在開發(fā)過程中怠速N擋、D擋車內(nèi)噪聲偏大，其中25 Hz、50 Hz、75 Hz及后排的220 Hz均存在噪聲峰值（見圖1），所測(cè)噪聲為后排右乘員內(nèi)耳噪聲。

圖1 該車型怠速N擋、D擋車內(nèi)噪聲數(shù)據(jù)

2.2 NVH問題的排查

25 Hz、50 Hz、75 Hz對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的2階、4階、6階振動(dòng)，經(jīng)排查為發(fā)動(dòng)機(jī)前后懸置引起。后排的220 Hz噪聲峰值通過排氣口接大消聲器排查后，車內(nèi)后排噪聲下降1～3 dB（A），220 Hz峰值處噪聲下降15 dB（A），由此判斷車內(nèi)后排的220 Hz噪聲峰值為排氣消聲器引起。排氣口接大消聲器前、后車內(nèi)后排噪聲如圖2所示。

圖2 排氣口接大消聲器前、后車內(nèi)后排噪聲

3 排氣消聲器的改進(jìn)

通過用GT-POWER軟件對(duì)排氣消聲器建模，模型如圖3所示。對(duì)模型進(jìn)行傳遞損失分析，結(jié)果如圖4所示。可知，排氣消聲器在220 Hz附近傳遞損失較低，僅為18 dB，不滿足大于20 dB的一般設(shè)計(jì)要求，從而導(dǎo)致車輛后排在220 Hz左右出現(xiàn)噪聲峰值。

圖3 排氣消聲器GT-POWER模型

圖4 排氣消聲器傳遞損失分析

排氣消聲器的改進(jìn)一般從消聲器截面形狀、隔板位置、腔體長(zhǎng)度、容積大小、內(nèi)插管長(zhǎng)度、穿孔孔徑、穿孔率、吸聲材料的特性（吸音棉密度）等方面考慮。

3.1 消聲器腔體形狀、容積分析

由于目前220 Hz噪聲問題主要體現(xiàn)在中低頻，消聲器中低頻噪聲主要依靠抗性消聲原件進(jìn)行消除[2]。對(duì)原消聲器內(nèi)部流動(dòng)空間進(jìn)行建模分析，去掉進(jìn)出氣管路上兩段阻性玻璃纖維，其模型如圖5所示。對(duì)消聲器3個(gè)腔體拆解并分別計(jì)算傳遞損失，以查找造成220 Hz處傳遞損失較低的原因，拆分后3個(gè)腔體模型及傳遞損失如圖6和圖7所示。經(jīng)過建模分析，3個(gè)抗性消聲器殼體在220 Hz左右并無通過頻率，傳遞損失滿足設(shè)計(jì)要求。由此可見，排氣消聲器的3個(gè)腔體的形狀、容積比較合理，并不是產(chǎn)生220 Hz噪聲峰值的原因。

圖5 阻性玻璃纖維去掉后消聲器模型

圖6 消聲器3個(gè)腔體模型

圖7 排氣消聲器殼體拆分后的傳遞損失分析

3.2 消聲器內(nèi)插管長(zhǎng)度分析

對(duì)于赫姆霍茲消聲器，傳遞損失最大值所對(duì)應(yīng)的頻率會(huì)隨著連接管的長(zhǎng)度增加而減小[3]，因此調(diào)整殼體1內(nèi)的出氣管內(nèi)插管長(zhǎng)度，延長(zhǎng)200 mm，其模型如圖8所示。內(nèi)插管長(zhǎng)度延長(zhǎng)后經(jīng)過CAE分析，其峰值并沒有移頻向低頻，220 Hz附近的傳遞損失仍然較低，并無改善，傳遞損失分析如圖9所示。

3.3 消聲器穿孔數(shù)分析

穿孔消聲器的傳遞損失及頻率與穿孔的直徑和面積有關(guān)，如果孔的直徑非常?。ㄒ话阋笮】卓仔木酁榭讖降?倍以上，各孔間的聲輻射互不干涉），則穿孔消聲器就相當(dāng)于一個(gè)赫姆霍茲消聲器，這些小孔相當(dāng)于赫姆霍茲消聲器中的連接管。如果小孔的面積較大，其功能就是一個(gè)擴(kuò)張消聲器。目前消聲器殼體2中的穿孔孔徑為8 mm，孔數(shù)38，穿孔率約為38%，可以近似看成擴(kuò)張腔。調(diào)整消聲器殼體2中穿孔數(shù)及其排列（圖10），更改孔數(shù)為20，穿孔率為25%，發(fā)現(xiàn)860 Hz處的峰值消失，但是220 Hz處的較低傳遞損失并未發(fā)生移頻（圖11），可見調(diào)整穿孔數(shù)對(duì)于改進(jìn)220 Hz處的傳遞損失亦無改善（傳遞損失分析在出氣管內(nèi)插管延長(zhǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)行，對(duì)結(jié)論無影響）。

圖8 延長(zhǎng)內(nèi)插管長(zhǎng)度后模型

圖9 延長(zhǎng)內(nèi)插管后消聲器的傳遞損失分析

圖10 調(diào)整穿孔數(shù)及排列后殼體2模型

圖11 調(diào)整穿孔數(shù)后消聲器的傳遞損失分析

3.4 消聲器進(jìn)出氣口開孔通過聲分析

通過以上對(duì)抗性消聲元件的改進(jìn)分析，220 Hz處的傳遞損失并無改進(jìn)，考慮220 Hz噪聲可能為排氣消聲器通過聲，因此去除消聲器進(jìn)出氣口兩端的開孔，模型如圖12所示。去除開孔后消聲器的傳遞損失分析如圖13所示。可知，220 Hz處的傳遞損失大幅提升，而其它頻率的傳遞損失變化不大。由此確認(rèn)220 Hz處的噪聲為排氣消聲器的通過聲。制作改進(jìn)后的排氣消聲器樣件并裝車測(cè)試驗(yàn)證，經(jīng)測(cè)試得到去除排氣消聲器兩端開孔后怠速N擋、D擋車內(nèi)后排噪聲如圖14所示。可知，安裝去除進(jìn)出氣口兩端開孔的消聲器后，怠速N擋時(shí)車內(nèi)后排噪聲下降1.2 dB（A），220 Hz處噪聲峰值下降4.4 dB（A）；怠速D擋車內(nèi)后排噪聲下降3.2 dB（A），220 Hz處噪聲峰值下降7.2 dB（A）。通常消聲器進(jìn)出氣管管子過長(zhǎng)可能產(chǎn)生氣柱共振而產(chǎn)生噪聲，開孔可以避免該問題，而文中車型取消兩端開孔后并未產(chǎn)生氣柱共振，最終采用此改進(jìn)方案。

圖12 去除進(jìn)出氣口兩端開孔后模型

圖13 去除開孔后消聲器的傳遞損失分析

圖14 去除開孔后怠速N擋、D擋車內(nèi)后排噪聲

4 結(jié)束語

針對(duì)某車型排氣消聲器在220 Hz附近傳遞損失不足而引起怠速N擋、D擋車內(nèi)后排噪聲偏高的問題進(jìn)行研究。通過GT-POWER軟件對(duì)排氣消聲器進(jìn)行建模，分別對(duì)腔體的形狀、容積大小、出氣管內(nèi)插管長(zhǎng)度、管壁的穿孔數(shù)及穿孔率等進(jìn)行分析，最終找到導(dǎo)致220 Hz處傳遞損失不足的原因?yàn)檫M(jìn)出氣口端的小孔使消聲器產(chǎn)生通過聲。取消小孔后，220 Hz附近傳遞損失大幅提升，車內(nèi)后排噪聲峰值消除。

1 陳家瑞.汽車構(gòu)造（上冊(cè)）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

2 龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動(dòng)：理論與應(yīng)用.北京理工大學(xué)出版社，2006.

3 李洪亮，王務(wù)林，王太勇.汽車排氣消聲器的降噪優(yōu)化設(shè)計(jì).噪聲與振動(dòng)控制，2007（3）：89～92．

4 陳永新，陳劍，饒建淵.汽車排氣消聲器的消聲性能研究.汽車工程，2009（4）：381～384．

（責(zé)任編輯 晨 曦）

修改稿收到日期為2016年5月1日。

NVH Troubleshooting and Design Improvement of a Vehicle’s Exhaust Muffler

Tian Jing
（Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei 230601）

The exhaust noise of rear seat of an idling vehicle at Neutral and Drive was high,there was a noise peak at 220 Hz,after troubleshooting,it was found the noise was caused by insufficient transmission loss of exhaust muffler at 220 Hz.The exhaust muffler was modeled using GT-POWER software,in which the cavity’s shape,volume,length of outlet pipe’s internal intubation,perforation number and perforation rate of tube wall were analyzed separately,and it was found low transmission loss at 220 Hz was caused by the small holes on the inlet and outlet.After the cancellation of the small holes,transmission loss at 220 Hz increased significantly,and the noise peak at the rear seat was eliminated.

Exhaust muffler,NVH,Transmission loss

U461.4

A

1000-3703（2016）11-0005-03