進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲與振動(dòng)分析與設(shè)計(jì)方案

個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第四章進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲與振動(dòng)分析與設(shè)計(jì)第一節(jié) 進(jìn)氣系統(tǒng)概述空氣是燃燒最重要的成分之一。空氣是通過進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的，與燃油混合。點(diǎn)火后，燃油在空氣中燃燒后釋放出化學(xué)能量，化學(xué)能量轉(zhuǎn)變成熱能，然后再轉(zhuǎn)變成機(jī)械能量。機(jī)械能量推動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)做工，然后通過動(dòng)力傳遞系統(tǒng)推動(dòng)汽車前進(jìn)。進(jìn)入汽缸的空氣越多，燃燒的效率就越高。提高進(jìn)氣量的途徑有兩個(gè)，一是減小進(jìn)氣阻力，二是減小排氣系統(tǒng)的背壓。1．進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖4.1為一個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)的示意圖。進(jìn)氣系統(tǒng)可以分成兩部分：發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣多支管系統(tǒng)和空氣進(jìn)入系統(tǒng)。多支管系統(tǒng)包括進(jìn)氣分管和進(jìn)氣總管?？諝膺M(jìn)入系統(tǒng)包括進(jìn)氣控制閥，怠速進(jìn)氣通道，柔性連接管，干凈空氣管，四分之一波長(zhǎng)管，空氣過濾器，空氣過濾網(wǎng)，赫爾姆茲消音器，進(jìn)氣管等等。進(jìn)氣多支管系統(tǒng) 空氣進(jìn)入系統(tǒng)2568113發(fā)動(dòng)機(jī)1794101---進(jìn)氣分管，2---進(jìn)氣總管，3---進(jìn)氣控制閥，4---怠速進(jìn)氣通道，5---柔性連接管，6---干凈空氣管，7---四分之一波長(zhǎng)管，8---空氣過濾器，9---空氣過濾網(wǎng)，10---赫爾姆茲消音器，11---進(jìn)氣管圖4.1一個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)的示意圖2．工作原理空氣從進(jìn)氣管口進(jìn)來，流入到空氣濾清器，空氣中的灰塵和雜質(zhì)被過濾網(wǎng)濾掉。干凈的空氣流入到干凈空氣管。進(jìn)氣導(dǎo)管上安裝著一個(gè)或者兩個(gè)空氣質(zhì)量流傳感器(MAFS>，傳感器控制進(jìn)入汽缸的空氣量。這個(gè)傳感器是由發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)來控制，控制系統(tǒng)將利用這個(gè)傳感器的信號(hào)來調(diào)節(jié)空氣與燃油的比例，使其達(dá)到最佳?？諝饪刂品タ刂浦M(jìn)入汽缸的空氣流量，從而控制著發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率大小。當(dāng)閥門全關(guān)閉的時(shí)候，怠速控制閥工作，來調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速。3．進(jìn)氣系統(tǒng)功能進(jìn)氣系統(tǒng)有下面幾個(gè)功能：1>調(diào)節(jié)空氣與燃油量的比值?？刂七M(jìn)氣量的多少，使得進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸的空氣量最佳。調(diào)節(jié)泄露空氣使其再利用，使凸輪軸泄露的氣體再進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)。2>保護(hù)外界雜質(zhì)和不需要的成分對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的損壞?？諝膺^濾器阻止外界雜質(zhì)進(jìn)入汽缸，從而防止發(fā)動(dòng)機(jī)磨損，這樣可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性。進(jìn)氣口的設(shè)計(jì)還要保證水和雪不能進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)。3>測(cè)量進(jìn)氣量。在不同的工況下，空氣與燃油的比例是不一樣的。在干凈空氣管道上安置著一個(gè)空氣控制筏。這個(gè)控制筏與發(fā)動(dòng)機(jī)的電子控制系統(tǒng)(EEC>連接，這樣就控制噴入汽缸的燃油量，使進(jìn)入到發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣量最佳，空氣分配合理。4>降低噪聲。進(jìn)氣系統(tǒng)是汽車最主要的噪聲源之一。進(jìn)氣系統(tǒng)都安裝有消音元件，如擴(kuò)張消音器 (過濾器>、赫爾姆茲消音器、四分之一波長(zhǎng)管等等。5>輔助其他系統(tǒng)的安置。附近的一些小部件會(huì)安裝在進(jìn)氣系統(tǒng)上。4．降低噪聲與減小功率損失的平衡如果發(fā)動(dòng)機(jī)不與進(jìn)氣系統(tǒng)連接，那么進(jìn)氣控制閥門處的氣壓就是大氣壓?？墒钱?dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)接上一個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)后，進(jìn)氣閥門處的氣壓增高。這個(gè)壓力與大氣壓之間的差值稱為背壓，我們將在下一章詳細(xì)個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用介紹背壓?jiǎn)栴}。背壓增高，空氣在進(jìn)氣系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)將消耗一部分能量，即消耗發(fā)動(dòng)機(jī)的能量。如果進(jìn)氣管道截面積越大，空氣流通就越順暢，那么功率損失就越小。中高檔次汽車的進(jìn)氣功率的損失一般在2%到4%之間。發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，在進(jìn)氣口處產(chǎn)生巨大的噪聲。除了安裝消音元件來消除噪聲外，我們希望進(jìn)氣管道截面積小，這樣噪聲就更低。所以減小進(jìn)氣系統(tǒng)的功率損失與降低進(jìn)氣口噪聲對(duì)進(jìn)氣管道截面積的要求是相互矛盾的。在設(shè)計(jì)中就必須平衡這對(duì)矛盾。除了噪聲與功率損失外，在設(shè)計(jì)進(jìn)氣系統(tǒng)時(shí)還要考慮振動(dòng)、防水防雪等問題。圖 4.2列出了這些問題。進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的問題噪聲 功率損失 振動(dòng) 防水防雪圖4.2 進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的問題第二節(jié) 進(jìn)氣系統(tǒng)的噪聲問題進(jìn)氣系統(tǒng)的噪聲是汽車最主要的噪聲源之一。其噪聲主要是指進(jìn)氣口處的噪聲。這個(gè)噪聲源離車廂的距離很近，所以對(duì)車內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)非常大。同時(shí)，進(jìn)氣口噪聲也是汽車最主要的通過噪聲源。另外，如果空氣過濾器和消音元件的剛度不足，就會(huì)引起很大的輻射噪聲。本節(jié)主要介紹進(jìn)氣口噪聲。進(jìn)氣系統(tǒng)消聲元件包括擴(kuò)張消音器和旁支消音器?？諝膺^濾器除了過濾空氣外，還起到擴(kuò)張消音器的功能。旁支消音器包括赫爾姆茲消音器和四分之一波長(zhǎng)管。進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計(jì)的第一個(gè)問題是消音容積。消音容積一般是指空氣過濾器和赫爾姆茲消音器的容積之和。一般來說，消音容積越大越好。對(duì)擴(kuò)張消音器來說，其容積越大，傳遞損失可以調(diào)節(jié)的頻帶也就越寬，傳遞損失也可能增加。對(duì)赫爾姆茲消音器，容積越大，可調(diào)節(jié)的頻率越低。對(duì)四缸和六缸發(fā)動(dòng)機(jī)來說，通常消音元件的容積要求達(dá)到10到15升。可是進(jìn)氣系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)罩下面，旁邊安裝著許多其他部件，10到15升的消音容積空間往往很難保證。在汽車設(shè)計(jì)初期，就必須留出足夠的消音容積。表4.1列出了一些汽車進(jìn)氣系統(tǒng)的消音容積。表4.1一些汽車進(jìn)氣系統(tǒng)的消音容積制造廠家汽車品牌發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸發(fā)動(dòng)機(jī)容積(升>總的消音容積(升>豐田L(fēng)exusLS400(92>V84.6L16.4L福特LincolnVIIIV84.6L14.1L豐田L(fēng)exusGS300(93>V63.0L11.7L福特FordTaurus(92>V63.0L11.3L尼桑NissanInfinitiJ30(93>V63.0L8.9L福特FordContour(95>I42.0L17.87L本田HondaAccordEX(94>I42.2L17.49L豐田ToyotaCorolla(93>I41.8L11.2L福特FordEscort(94>I41.9L7.2L聲學(xué)設(shè)計(jì)的第二個(gè)考慮是管道的截面積。管道的截面積越小，對(duì)擴(kuò)張消音器來說，擴(kuò)張比就越大，因此傳遞損失就越大，消音效果就越好。但是管道的截面積如果太小，當(dāng)氣體流速過高的時(shí)候，一方面是氣體摩擦噪聲加大，另一方面是進(jìn)氣系統(tǒng)中的能量損失也增加。為了平衡消音與減少摩擦噪聲和能量損失，通常的方法是采用擴(kuò)張管(如圖3.3所示>。聲學(xué)設(shè)計(jì)的第三個(gè)考慮是進(jìn)氣管位子的選擇。進(jìn)氣管口的位子選擇要考慮四個(gè)因素：第一因素是從噪聲源的角度考慮。發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒噪聲和氣體在管道中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦噪聲在進(jìn)氣口處向外輻射，即可以說進(jìn)氣口是進(jìn)氣系統(tǒng)的“噪聲源頭”。因此進(jìn)氣口應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離車廂，使得噪聲源與司機(jī)和乘客之間的距離越遠(yuǎn)越好。同時(shí)也要使得進(jìn)氣口聲源與隔聲結(jié)構(gòu)的距離最遠(yuǎn)，這樣隔聲效果會(huì)更好。個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第二個(gè)因素是避免水、雪、灰塵和雜質(zhì)進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)。第三個(gè)因素是氣體在進(jìn)氣系統(tǒng)中運(yùn)行通暢，進(jìn)入的氣體溫度要低，這樣使得發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率高。第四個(gè)因素是進(jìn)氣口與進(jìn)氣控制閥之間的空間。因?yàn)檎麄€(gè)進(jìn)氣管道和消音元件是放置在進(jìn)氣口和控制閥之間，因此在設(shè)計(jì)初期就要把這個(gè)空間留出來。綜合以上四個(gè)因素，進(jìn)氣口安放的位子通常有三種：第一個(gè)位子是將進(jìn)氣口放置在發(fā)動(dòng)機(jī)的前方，或者在散熱器的上方或者在其前面。如圖4.3。這個(gè)進(jìn)氣口位子遠(yuǎn)離車廂和隔聲結(jié)構(gòu)，對(duì)減少進(jìn)氣系統(tǒng)傳到車廂的噪聲最有利，還能保證有足夠的冷空氣會(huì)進(jìn)入到進(jìn)氣系統(tǒng)。但是其缺點(diǎn)是水、雪和空氣中的灰塵雜質(zhì)比較容易進(jìn)入進(jìn)氣系統(tǒng)。第二個(gè)位子是將進(jìn)氣口在發(fā)動(dòng)機(jī)的前面或者上方，如圖4.4。這個(gè)位子與車廂的距離比第一個(gè)位子與車廂的距離近，因此噪聲傳入到車廂的量會(huì)大一些。由於發(fā)動(dòng)機(jī)艙室前面安裝著一些部件，這些部件相當(dāng)于擋板，有利于防止雜質(zhì)、水和雪進(jìn)入進(jìn)氣管。但是由於這種結(jié)構(gòu)離散熱板很近，因此空氣的溫度偏高，因此發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率會(huì)降低。第三個(gè)位子是在側(cè)板里面，如圖4.5。由於側(cè)板擋住將進(jìn)氣口與外界隔開，因此這種結(jié)構(gòu)對(duì)防止雜質(zhì)、灰塵、水和雪進(jìn)入進(jìn)氣管有好處，同時(shí)進(jìn)氣溫度也低。但是這種結(jié)構(gòu)離車廂的距離比前面兩種位子都近，因此傳入到車廂的噪聲會(huì)高些。另外由於進(jìn)氣口和前側(cè)板之間可能形成一個(gè)共鳴腔，這樣可能產(chǎn)生額外的共鳴噪聲。圖4.3 進(jìn)氣管口遠(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)圖4.4 進(jìn)氣管口在發(fā)動(dòng)機(jī)的前方或者上方圖4.5 進(jìn)氣管口在側(cè)板附近第三節(jié) 進(jìn)氣多支管的聲學(xué)分析進(jìn)氣多支管是連接發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸和進(jìn)氣管道系統(tǒng)的部件。進(jìn)氣多支管結(jié)構(gòu)包括進(jìn)氣分管和進(jìn)氣總管，如圖4.6。氣體從發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸出來后，先在分管中運(yùn)行，然后匯入總管。個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖4.6 進(jìn)氣多支管53d6d3d525d2進(jìn)氣總管d441d1圖4.7 進(jìn)氣分管與總管圖4.7表示氣體從各個(gè)汽缸出來后匯入到進(jìn)氣總管。假設(shè)各個(gè)分管的長(zhǎng)度不一樣，那么氣體在每個(gè)分管中運(yùn)行的時(shí)間也不一樣。氣體在第i支分管中運(yùn)行的時(shí)間為：(4.1>式中， 是第i支分管的長(zhǎng)度，c是聲速如果把這段時(shí)間轉(zhuǎn)換為發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)過的角度，則為：(4.2>式中，

是發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的角速度，

n是轉(zhuǎn)速。這樣由於支管距離的不同而引起的相對(duì)角度的差就可以計(jì)算出來。第

i支管與第一支管的相對(duì)角度為：(4.3>對(duì)均勻運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)來說，點(diǎn)火時(shí)間均勻，那么每個(gè)汽缸之間運(yùn)轉(zhuǎn)的間隔均勻。相臨發(fā)火汽缸的曲軸角度差為：(4.4>式中，N是汽缸數(shù)。 是發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)工作循環(huán)轉(zhuǎn)過的角度，四沖程一個(gè)工作循環(huán)是二周，即 ，。而對(duì)于二沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，其一個(gè)工作循環(huán)只有一周，即 。 是發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)角。個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用假設(shè)選擇第一號(hào)汽缸為參考汽缸，其對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角為零，這樣，第 i個(gè)汽缸相對(duì)于一號(hào)汽缸的曲軸轉(zhuǎn)角，為：氣體到達(dá)進(jìn)氣總管時(shí)，第i個(gè)汽缸傳來的氣體與一號(hào)氣缸氣體之間的相位差角由兩部分組成。第一部分是各個(gè)汽缸之間點(diǎn)火間隔的差角，第二部分是各個(gè)分管長(zhǎng)度不同而引起的相位差角。這兩個(gè)差角可以用以下式子來表示：(4.5>以第一個(gè)汽缸為參考，第 i個(gè)汽缸聲音傳遞到進(jìn)氣總管的絕對(duì)轉(zhuǎn)角為：(4.6>為第一汽缸對(duì)應(yīng)的曲軸轉(zhuǎn)角。在第i個(gè)分管中任何一點(diǎn)的壓力是由入射波聲壓和反射波聲壓組成。以分管與汽缸交界處為起點(diǎn)，管道內(nèi)任何一點(diǎn)的壓力可以寫成：(4.7>式中 和 分別是第i個(gè)分管中入射波和反射波聲壓的幅值。 m是發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火階次，分別代表半階、一階、二分之三階，二階等等。在進(jìn)氣總管內(nèi)，壓力為各缸傳到此處的壓力之和，可以用以下公式來表示：(4.8>以一個(gè)六缸發(fā)動(dòng)機(jī)為例來分析進(jìn)氣總管的壓力。假設(shè)各個(gè)分管的長(zhǎng)度相等，各個(gè)汽缸的聲壓幅值相等。這樣，發(fā)動(dòng)機(jī)每個(gè)汽缸出口到進(jìn)氣支管交匯處的距離相等，假設(shè)支管的長(zhǎng)度為 d。相位差僅僅是由於發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)汽缸發(fā)火不同而引起的。根據(jù)公式 (4.4>可以得到兩個(gè)汽缸之間的相位差為(4.9>這樣第i個(gè)汽缸的相位為：(4.10>於是，進(jìn)氣總管交匯處的總壓力為：(4.11>六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)火階次為 3階、6階、9階等等。這些階次可以表達(dá)為：(4.12>這些階次的聲壓表達(dá)如下：(4.13>或者表達(dá)為：個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用(4.14>由於 及 ，因此，發(fā)火階次的聲壓為：(4.15>半階可以用統(tǒng)一的表達(dá)式來表示，即(4.16>式中， 分別代表二分之一階，二分之三階，二分之五階，等等。這樣，半階的聲壓的表達(dá)式為：(4.17>上式右邊第二個(gè)方括號(hào)內(nèi)表達(dá)可以簡(jiǎn)化為下面如下：(4.18>因此，所有的半階聲壓都對(duì)於零，即：(4.19>除了第3階及其倍數(shù)階和半階外，其他整數(shù)階次，如

1階、2階、4階、5階、7階、8階，等等，可以分別將

代入到公式

(4.11>

中計(jì)算。比如第

1階的聲壓為：(4.20>由於(4.21>所以第1階的聲壓為零，即：(4.22>同樣，可以得到2階、4階、5階、7階、8階等等非3階倍數(shù)的整數(shù)階次為零，即(4.23>對(duì)于等長(zhǎng)度分管的情況，只有第 3階和其諧和階次的聲波存在，其它整階和半階聲波都為零。對(duì)於進(jìn)氣支管的分管長(zhǎng)度不相等的情況，在進(jìn)氣總管處各汽缸傳來的聲壓的相位差除了發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸發(fā)火的相位差外，還有由於分管距離的不等而引起的相位差。其在總管處的聲壓可以由公式 (4.154>計(jì)算。進(jìn)氣支管的布置情況通常有以下三種：1．等長(zhǎng)度分管。即各個(gè)分管的長(zhǎng)度相等，如圖 4.82．中心連接分管。即分管分成數(shù)目相等的兩部分。在每個(gè)部分內(nèi)，其分管的長(zhǎng)度相等。兩部分個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用對(duì)稱，交匯在一起，如圖4.9所示。3．尾端連接分管。即所有的分管都接在總管上，如圖4.10所示。352進(jìn)氣總管514圖4.8等長(zhǎng)度分管圖4.9 中心連接分管圖4.10 尾端連接分管[例子4.1]：等長(zhǎng)度分管一個(gè)六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣支管長(zhǎng)度相等，如圖 4.8。前面已經(jīng)分析了這種情況的聲壓。除了 3階的整數(shù)倍階次外，其他整數(shù)階次和半階次的合成聲壓都等於零。圖 4.11表示一個(gè)等長(zhǎng)度分管的六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的聲壓階次圖譜。聲壓個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖4.11 等長(zhǎng)分管六缸發(fā)動(dòng)機(jī)在進(jìn)氣總管的壓力階次分布對(duì)於其他缸數(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)，如四缸、八缸、十缸等，如果分管長(zhǎng)度相等，那么其在交匯處的聲壓特性與六缸相同，即發(fā)火階次及其諧和階次的聲壓存在，而半階和其他階次的聲波彼此抵消。[例子4.2]：中心連接分管對(duì)中心連接的情況，由於結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，半階聲波彼此抵消，可是所有的整階聲波全部保留，如一階、二階、三階等等。圖 4.12表示一個(gè)中心連接分管的六缸發(fā)動(dòng)機(jī)的聲壓階次圖譜。聲壓階次1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12圖4.12 分管中心連接的六缸發(fā)動(dòng)機(jī)在總管處的聲壓階次圖譜。[例子4.3]：尾端連接分管對(duì)于尾端連接的情況。由於每個(gè)分管的長(zhǎng)度都不一樣，而且不對(duì)稱，所以所有的整階次聲波和半階次聲波全部保留。圖4.13表示其頻譜圖。聲壓階次1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12圖4.13 尾連接分管的六缸發(fā)動(dòng)機(jī)在總管處的聲壓階次圖譜進(jìn)氣分管的不同聯(lián)系方式和長(zhǎng)度決定了進(jìn)氣總管處的聲壓階次的組成。如果把進(jìn)氣系統(tǒng)與進(jìn)氣支管連接，那么進(jìn)氣口處的聲壓階次與總管處的聲壓階次是一樣的。階次的不同決定了進(jìn)氣口處的聲音質(zhì)量(將在以后的章節(jié)詳細(xì)介紹“聲音質(zhì)量”>，因此進(jìn)氣多支管的設(shè)計(jì)對(duì)聲音質(zhì)量影響非常大。等長(zhǎng)度分管只保留了發(fā)火階次，因此對(duì)大多數(shù)轎車來說，這是一種理想的選擇。而尾端連接保留了半階成分，因此這種設(shè)計(jì)是運(yùn)動(dòng)車的理想選擇。第四節(jié) 空氣過濾器(擴(kuò)張消音器>的聲學(xué)分析個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用空氣過濾器的功能有兩個(gè)：過濾空氣和消除進(jìn)氣口的噪聲?？諝膺^濾器相當(dāng)于一個(gè)擴(kuò)張消音器，其容積大小和尺寸決定了傳遞損失和中心頻率。過濾器的容積一般要求達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)容積的三倍以上，就能達(dá)到良好的消音效果?，F(xiàn)在市面上比較好的汽車，其過濾器的容積基本上在5升到10升之間。一般來說，容積越大，消音效果就越好。在前面一節(jié)中，介紹了影響傳遞損失的因素有兩個(gè)：擴(kuò)張比 m和過濾器的長(zhǎng)度L。在設(shè)計(jì)進(jìn)氣系統(tǒng)的管道和過濾器時(shí)，有時(shí)候，進(jìn)入管和輸出管會(huì)插入到過濾器之中，如圖4.14所示。這對(duì)這種情況，插入的長(zhǎng)度對(duì)傳遞損失有影響，傳遞損失可以用以下公式來表達(dá)：(4.24>式中， 是進(jìn)入管在過濾器中的長(zhǎng)度， 是輸出管在過濾器中的長(zhǎng)度。如果 和 都為零的時(shí)候，公式(4.24>就變成公式(3.19>。Ld

Lb DLa圖4.14 過濾器中的插入管道第三節(jié)已經(jīng)介紹過擴(kuò)張比和擴(kuò)張器長(zhǎng)度對(duì)傳遞損失的影響。我們總是希望擴(kuò)張比越大越好。有兩種辦法提高擴(kuò)張比，一是減小管道的尺寸，二是增加過濾器的截面積。減小管道尺寸會(huì)使得功率損失增加，而增加過濾器的截面積又受到安裝空間的限制。將進(jìn)入管和輸出管插入到過濾器中也可以提高過濾器的傳遞損失。假設(shè)只考慮進(jìn)入管插入，即，這時(shí)的傳遞損失簡(jiǎn)化為：(4.25>6050140mm延伸管40)B 沒有延伸管d( 30L個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖4.15 進(jìn)氣管插入到過濾器中和沒有插入的傳遞損失比較圖4.15表示進(jìn)入管插入長(zhǎng)度為120mm和管道沒有插入的傳遞損失比較。在這個(gè)例子中，過濾器的長(zhǎng)度為250mm，直徑為200mm。管道插入后，傳遞損失增加，而且在某個(gè)頻率處出現(xiàn)了一個(gè)峰值。當(dāng)(4.26>公式(4.25171>中傳遞損失達(dá)到最大值，對(duì)應(yīng)的頻率為：(4.27>即：(4.28>插入長(zhǎng)度正好是波長(zhǎng)的四分之一。也就是說進(jìn)入管插入到過濾器中后，就相當(dāng)于在系統(tǒng)中加入了一個(gè)四分之一波長(zhǎng)管。利用這個(gè)插入管，就可以調(diào)節(jié)某些頻率下的傳遞損失。圖4.16表示插入長(zhǎng)度分別為40mm,60mm,80mm,100mm,120mm,140mm,160mm和180mm時(shí)的傳遞損失，不同的插入長(zhǎng)度都使得傳遞損失增加，其四分之一波長(zhǎng)管對(duì)應(yīng)的傳遞損失峰值頻率隨插入長(zhǎng)度變化，對(duì)應(yīng)的頻率可以由公式 (4.27>計(jì)算。706040mm延伸管60mm延伸管5080mm延伸管100mm延伸管)40120mm延伸管B140mm延伸管d(160mm延伸管LT30180mm延伸管2010002004006008001000頻率(Hz)圖4.16 不同長(zhǎng)度插入管對(duì)應(yīng)的傳遞損失個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用插入管大大地提高了插入損失，但是過濾器內(nèi)有過濾網(wǎng)，這樣插入長(zhǎng)度往往受到限制。另一方面，插入管會(huì)帶來較大的功率損失，其損失值比減小管道直徑帶來的損失還要大。所以是否采用這種插入管，要權(quán)衡傳遞損失和功率損失。第五節(jié) 旁支消音器聲學(xué)分析進(jìn)氣系統(tǒng)的共振消音器有赫爾姆茲消音器和四分之一波長(zhǎng)管。這兩種消音器的目的都是消除窄頻帶的噪聲，但是赫爾姆茲消音器的消音頻帶比四分之一波長(zhǎng)管要寬，所以赫爾姆茲消音器比四分之一波長(zhǎng)管顯得更重要。赫爾姆茲消音器一般是用來消除低頻噪聲，而四分之一波長(zhǎng)管用來消除高頻噪聲。如果要用四分之一波長(zhǎng)管來消除低頻噪聲，那么波長(zhǎng)管必須做得很長(zhǎng)，但是太長(zhǎng)的管道很難安裝。共振消音器應(yīng)該安放在系統(tǒng)聲模態(tài)的反結(jié)點(diǎn)。如果把消音器安放在結(jié)點(diǎn)處，將達(dá)不到消音效果?？諝膺^濾器一般來說是聲模態(tài)結(jié)點(diǎn)，因此不能將共振消音器安裝在空氣過濾器上。在前面一節(jié)中，已經(jīng)介紹了對(duì)赫爾姆茲消音器傳遞損失及其共振頻率的影響因素。在進(jìn)氣系統(tǒng)中，低頻噪聲成分往往非常大，而控制低頻要采用赫爾姆茲消音器。所以在汽車設(shè)計(jì)初期，要盡可能地給進(jìn)氣系統(tǒng)留出較大空間，以便安裝赫爾姆茲消音器。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，赫爾姆茲消音器有效調(diào)整范圍為：頻率(Hz>x 體積(升>>300。赫爾姆茲消音器只能消除一個(gè)頻率及其附近頻帶的噪聲。除了傳統(tǒng)的單個(gè)腔室結(jié)構(gòu)外，也有兩個(gè)腔室的赫爾姆茲消音器。圖4.17表示兩個(gè)腔室在外面串連，圖4.18表示兩個(gè)腔室在內(nèi)部串連。兩個(gè)腔室的消音器可以消除兩個(gè)頻率的噪聲。如果兩個(gè)腔室的容積與一個(gè)腔室消音器容積一樣的話，那么兩個(gè)腔室消音器傳遞損失對(duì)應(yīng)的峰值要低些。圖 4.19表示一個(gè)腔室和兩個(gè)腔室消音器傳遞損失的比較。圖4.17 兩個(gè)外連接腔室的赫爾姆茲消音器圖4.18 兩個(gè)內(nèi)連接腔室的赫爾姆茲消音器3530

一個(gè)消音器二個(gè)消音器25個(gè)人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖4.19 一個(gè)腔室和兩個(gè)腔室赫爾姆茲消音器傳遞損失的比較影響四分之一波長(zhǎng)管的因素有其長(zhǎng)度和截面積。長(zhǎng)度決定了傳遞損失的頻率。而其截面積與進(jìn)氣主管的截面積之比決定了傳遞損失的幅值大小。波長(zhǎng)管的形狀對(duì)消音效果沒有影響，所以四分之一波長(zhǎng)管可以設(shè)計(jì)成彎形狀。在一個(gè)進(jìn)氣系統(tǒng)中，有時(shí)候有好幾個(gè)長(zhǎng)短不一的波長(zhǎng)管，用來消除不同頻率的噪聲。圖4.20中就有三個(gè)波長(zhǎng)管。圖4.20 進(jìn)氣系統(tǒng)中的四分之一波長(zhǎng)管第六節(jié) 進(jìn)氣口噪聲實(shí)例分析進(jìn)氣噪聲是汽車最主要的噪聲源之一。進(jìn)氣噪聲不僅會(huì)傳遞到車廂內(nèi)影響顧客，而且還會(huì)輻射到環(huán)境。所以在設(shè)計(jì)進(jìn)氣系統(tǒng)時(shí)必須使得噪聲既滿足客戶的要求也要達(dá)到政府有關(guān)法規(guī)。一般來說，在設(shè)計(jì)進(jìn)氣系統(tǒng)時(shí)，按照下列程序來進(jìn)行。第一，搞清楚發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)和振動(dòng)與噪聲特性，進(jìn)氣系統(tǒng)可能的安裝空間。首先只用一根管道與發(fā)動(dòng)機(jī)