沉默的虚拟设计和性能预测空气净化器用于内燃机吸入系统
郝Zhi-yong,IA Wei-xin,方芳
(浙江大学机械与能源工程学院，杭州310027)
(天津大学天津大学内燃发动机研究所，天津300072)
rE-mail:haozy@zju.edu.cn;jiawx@zju.edu.cn2005年1月17日收到;2005年5月12日
摘要:
本文对低噪声发展中应用的虚拟设计方法进行了研究。内燃机的进气系统。由此产生的高通道噪声在发动机转速时高于立法目标。大约在5200 r/min的时候，需要进行一项辅助的重新设计任务，遵循典型的设计和开发流程进气系统。在最初的设计中，基于声学理论和要求
1：重新设计的空气流量应该，等于或超过原通量的值;
2：过滤区域不能退化，考虑空间的约束。在发动机室中，确定了总容积和粗内尺寸。在详细的设计中，准确。确定了空气净化器的内部尺寸，并采用一种有效的方法提高了声性能。在低频率。所预测的进气系统声功率表明，降低整体发动机噪声的目标。通过最小化进气系统噪声，实现了系统噪声的最小化。
介绍：
进气系统的主要功能是。首先要有效地将新鲜空气导入引擎，其次是尽量减少吸入噪音。目前有许多方法可以解决这个问题。采用一种更实际的方法来改进进气系统设计。目标包括更有效。沉默表现会越来越严重。减少噪音的立法目标一方面，具有优化的发动机性能和燃油经济性。伴随着车辆质量的提高。另一方面(Davies, 1996)。
在设计过程中遵循了一个典型的程序。并开发一种车辆进气系统。发动机如图1所示。设计过程包括对进气系统的所有部件进行仔细的调整，以优化对噪声排放的影响。将这些与发动机的运行情况相匹配。影响污染物的呼吸特性。锡安、性能和经济。Fig.l,开始有一个现有的或符号系统的布局，一个对各项性能进行了综合评价。执行这些信息可能会被使用美联社。适当地评估当前系统的性能。各种设计目标的条款，提供。系统优化的合理基础。通过对其进行适当的修改来签署。组成元素。边界元法。
用于进气和排气系统的设计(Bi-)。lawchuk Fyfe,2003;吴et al .,2003;Selamet和Radavich, 1995)可以用来计算内部，外部或两个字段同时且仅为re。要知道空气清洁器的周长是分开的。元素;以及在施加边界时的轻松。条件是另一个景点。本文采用BEM方法预测空气净化器的传输损耗(TL)和噪声排放。原有的进气系统重新设计。与高通道的噪音有关。以上的立法目标在全油门与发动机。速度在5200 r / min。光谱特征噪声信号通常由an控制。广泛的离散音调序列。与发动机点火频率有关(方1978年，是173 Hz，对应5200 r/rain。
以及内联四缸四冲程发动机。在许多实例的声音能量的大部分来自。主源分布在较低的中。可能难以控制的定量组件。因此，本文所指的频率范围为0。1 kHz。在这个频率范围内，作为影响。滤纸的声学性能的综合。系统是琐碎的，所以过滤纸是不被重视的的噪音是从空气净化器的进口处发出的。空气净化系统的出口(含空气)。管道连接到发动机的入口。所以发动机或出口的压力。空气净化器的边界条件是。本。传统的降噪功能主要有两部分:空气净化器。和消音器。由于空间的限制。引擎室，重新设计的空气净化器。结合清洁和沉默的效果。在这个工作，一个所谓的沉默空气清洁器被重新设计，由预测的几何结构决定。TL和声功率由BEM发射。此外,为了降低进气系统的声音功率。低频率，一个旁路管被添加到。air-channeling管道。分析产生的声学。结果表明，该方法是可行的。降低整体发动机噪音的目标。减少进气系统噪音。消音空气净化器的设计。原始空气滤清器评价这原空气净化器主要是清洁。注意尽量减少噪音。如图2a所示图2b为BEM网格。在计算TL时，出口截面。空气净化器的单位速度幅值为。模型一个声源，所有其他表面都被建模。在默认情况下(Bilawchuk和。Fyfe,2003)。出口截面的声功率。计算公式:Pwl=Spoeolul2/2，S是出口截面的面积，P0是密度?介质，co是声速，u是振动的媒质。入口的声音功率。端口Pw2是由BEM计算的，所以TL= Pw2。(方,1978)。所有后续的TL预测都有。相同的边界条件。所预测的空气清洁度表现为。在Fig.3a。发动机进气时的声功率级。端口(噪声源)如图3b所示。的高峰噪声源信号与声源信号谐波有关。发动机点火频率为173 Hz。作为大部分。来自发动机燃烧区的声能。低频率从100赫兹到800。
Hz太高，传输损耗在频率上。220赫兹到1khz的范围是如此之低以至于噪音。发射不能被最小化，所以是沉默的空气。在200hz至1khz时，更高TL的清洁器是。笔替代性。 沉默空气净化器的初步设计。如果有足够的空间，一个复杂的结构。可以分配到最小的进气噪声排放。所以我们必须充分利用有限的空间。在这个工作CAD软件Pro/E被用于信封。其余的空间的其他汽车发动机在发动机舱内。下一步是选择合适的。消音器装置及其尺寸。考虑到空气清洁的效果，必须有两个要求。
(1)空气流量应等于或超过。原始的通量;
(2)过滤区域不能被降解。根据需求和消音器单元的设计，最初的布局是阻止。如图4所示。空气净化器是分开的。由两个挡板组成三个膨胀室。右挡板中间有个洞，左边挡板。四个孔分别有四个孔。的滤纸放置在中间的前。pansion室。洞的直径在右边。挡板由第一个要求决定;因为空气净化器的复杂性，其直径。这个洞比原来的大。第二个要求(过滤面积限制)涉及到。第一个挡板的孔的直径和长度。在第二个房间，在让过滤区域。等于原始的，然后是长度。可以确定第二膨胀室。因此,空气净化器的几何结构由两部分组成。变量:第一腔的长度和。第二个挡板D孔的直径，如图所示。视图。图4沉默空气初始设计布局图。更清洁的整体的声学行为是一个总和。所有组成成分的行为。三室。为了提供更宽的带宽。连续衰减谱的衰减。个人捐款的最低限额不应如此。同时发生。根据情商。(1):f = nc / 4 l(Hz),n = 1,3,5 ....(1)其中，为衰减的频率。
最大值，l是房间的长度，c是速度。声音(Du,1981)。一个人应该避免这种巧合的满足。荷兰国际集团(ing)以下不平等:Lji ~ L2 / j ~ L3 / k,敌我识别,k = l,2、3hellip;hellip;(2)L1 L2和L3是膨胀的长度?分庭分别在沉默空气净化器。最好的情况是衰减峰值为1。膨胀室对应于最小值。其他室。选择L~=165 mm, L2=120 mm(确定。根据两个要求)和L3=80 mm(确定。由整体长度和L1)，由Eq.(1)，一个可以实现。第一腔的第一次最大衰减。频率约为515hz，这是第二个。房间在708赫兹，第三个房间在1062.5。赫兹。3的第一个最大衰减。商会交替出现，从而提供一个骗局。有效衰减谱。为了研究个体声音。三个房间的性能，综合的空气。清洁工被分成三个部分，其中一个是。一个消音器单元的膨胀室，就在那个地方。两个挡板中，如图5a所示。本运行是完成了计算单个声学单位。这三个房间的符合性。这些信息是如图5b所示，显示第一次膨胀。电离室在最大程度上降低了室内空气质量。噪声排放。第一个房间是高的。在频率范围内连续衰减。300- 1000hz，以及声学性能。具有高衰减的第二腔室。400- 800hz的频率范围比。这是第一个。第三个房间最糟糕。性能，但频率大约是230赫兹，在哪里第一个和第二个房间是最小的?衰减，它有更高的衰减，从而提供。第一和第二部分的补偿效果。而且，在更高的频率，第三部分可能。代表良好的声学性能，而不是。此图所示。注意存在的声学相互作用。在这种单一的部分之间也引入了不确定性。关系，即使他们的个人表现可以。适当的代表或建模。明确下,站在声学性能的单一部分。为初始设计提供重要信息(Lan et)。,2001)。综合系统的变化。一些区域是用BEM方法计算的。详细设计，获得最佳音响效果。详细设计在初始设计中，外部几何图形。尺寸是确定的，消音器装置是粗糙的。选择尺寸。而挡板的位置。和第二个挡板的四个孔的半径。可以通过多种方式实现更好的声学性能，详细设计应由BEM进行。图6为空气净化器的BEM网格。图7a比较了空气净化器的预测TL。同时改变长度的LI，代表的是。挡板的位置。在这种情况下，参数Li。BEM样品有145毫米，155毫米，165毫米，分别为175毫米。人们可以在更低的地方观察到这一点。频率这四条线很一致，那就是。频率范围为500hz到1000hz，振幅。TL与L1= 145 mm相比，高得多。其他样品，特别是500赫兹左右。其他样品有坏的TL，所以挡板的位置。由维度LI (L1=145 ram)决定。现在保持挡板的位置。L1= 145 mm的位置，不同的D表示。在第二个挡板上的四个孔的直径。空气净化器预测TL的比较。D= 50mm, 60 mm, 70 mm。在Fig.7b。基本上，这三行是一样的。在图7b中，频率为500的趋势。Hz到1000hz, TL与D= 50mm的振幅。比其他样品高很多。因此,孔的直径选择为50毫米。噪声排放预测到目前为止，我们已经完成了总体设计。沉默的空气清洁。为了做成一个com。与原作的一致，对噪音的预测。发射。验证re-的实际性能。设计的空气净化器，发动机的声压。进气口是用发动机的全油门来测量的。速度为5200 r/min在发动机试验台为界。原始的或噪声源的。重新设计空气净化器，然后预测噪音。从空气净化器的进口处排放。当测量这个声压时，空气。清除了清洁剂，发动机发出了噪音。屏蔽掉。另外，由于困难。测量发动机进气口的压力。空气流动对噪声信号的影响。引起的麦克风干扰恶化。发动机性能，测量位置。麦克风在200毫米的地方。港口，和45 ~到正常的进港证-。(Park et al.， 2002)。美联社-边界条件在空气净化系统的出口应该是。从测量的噪声信号中提取。基于声学理论的位置。假设发动机进气口是圆的。平面气缸散热器(Xu, 2003)，具有特点。的方向。点P0在轴上的声压。进气道是与另一个相比的最大进气道。点与中心的距离相同。进港段O，是:
P0 - - - - - - -
JPoCok e-Jkr f uods。
2 rtr spoco是介质的声阻抗，r是点O top0, Uo=UOm~的距离。
t是振动散热器表面的速度，k是波数。方向功能:
R (O) - Po 2。
Po a 2 f~ PJ~ - 2Jl(Z) Z。
0是角0的声压。在散热器的正常位置，在相同的距离。
2 ~在散热器的中心为po, z=kasinO=-z-afinO，a是散热器的半径，J0, J1是零阶的。一阶贝塞尔函数。
以上所有讨论都是关于a的条件。假定从散热器到P0的距离很长。下一个让我们注意到菲涅耳区r~_a2/)~。近场和远场边界的圆。气缸散热器，发动机进气口半径为。一个= 40公羊;频率为1 kHz，半径为。菲涅耳区域为~4.7毫米。的距离散热器的测量位置为200公羊，圆筒散热器的特点是。类似于远场。为散热器表面的振动速度。是均匀的，然后是IIuods = UoS，还有声压?年代在散热器轴上的振幅可以得到:
Pocoks少2-rcr blO。~ = Xr UOm '
所以声压在任意点的振幅。
是:
Po~ = pomR(O) = P~176 uomR(O) 9。
基于“增大化现实”技术然后是散热器振动速度的幅值。
是:天哪uo ~——少~ Pom(o)。
从平面波传播的性质。(Du, 1981)，散热器表面的声压。
是:
- c ~ 176(3)
P = P~176176 sfR(O)
上面的表达式可以用来获得engine进水口声压的建模。空气净化系统的边界条件。为了提高p的精度，将孔作为。本文的平均声压为4个点。中粒子速度的计算。Eq.(3)作为空气净化器的边界条件。
dition。
然后，执行BEM运行和入口。分段声功率电平如图所示。在400- 1000hz的频段，空气。清洁发出的声音功率显著降低，与原来的相比，但仍然很高。大约发射频率为173赫兹，所以额外的措施。应该介绍。频率(赫兹)图8原图和重新设计的声音功率等级。空气滤清器进气噪声额外的方法到M1NIMIZE声音。权力使用之前的一个潜在问题。布局的频率是173 Hz的水平。空气净化器的入口发出的声功率不像。根据其他频段的低。Fig.8。管道周围的空空如也。空气净化器和发动机进气道建议。空气净化器的一些其他可能的改进。系统。本文使用旁通管来实现这一目标。的目标。图9a给出了一个灵活的方法。通过管道固定在气窜管上。这个理论旁通管如图9b所示(Hwang et al.，2003)。所以这两条路径的长度差。降低噪音的频率f可以是ex-。压:
Ld = n)~/2 = cn/2 f, n = 1,3,5hellip;增加TL的频率约为173 Hz。目标确定维度Ld=980 mm。图10a比较了预测的声学性能。在之前的布局与没有变化的管道之间。并采用柔性旁路管进行布置的旁路管布置的声学性能。以173赫兹的频率被证实，频率为519 Hz，大致对应。半波长的三倍，旁路管的TL。正如预期的那样，布局的增加很轻。由此产生的声功率级说明。图10 。
可以看到声音的功率级。在173赫兹的空气滤清器是最高的，与此同时，在此的with- bypasspipe空气清洁器。频率是大大降低了。整体声音功率从0到1khz，对于没有旁路的。
管道为110.2 dB，对于带通管的空气。清洁是105.0 dB。请注意引擎声功率级没有。实验测试的进气系统噪声。112.2 dB，以及通过旁路的消音空气净化器。管道是105.0 dB，所以重新设计的沉默空气。更清洁的减少了整个发动机的噪音。减少进气系统噪音。
结论：
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