基于试验设计的发动机进气系统动态优化.doc

基于试验设计的发动机进气系统动态优化本文简要探讨了管道声学的基本理论，分析了四分之一波长管，并探讨了优化发动机进气系统的措施，目的在于进一步提高设计水平。在车辆中，发动机进气系统是其主要的噪声源之一，其产生的噪声很复杂，包含很多成分，其中，管口的噪声是其重要部分。现今，发动机的进气系统仿生多汇集在一维声学方面，无法将消声的原件模型参数化，同时具备发动机的仿真模型。如何在发动机进气系统的设计上降低噪声，就成为了设计人员需要深入探究的事情。以下简要针对其相关内容进行分析。管道声学的基本理论汽车内的发动机进气系统主要是由消声元件及管道两部分构成的。部分从业者在对进气系统的声学特性进行设计期间，需要基于相应频率的范围前提下，保证声波波长高于消声元件的尺寸及管道的直径。声波被视为平面波在进气系统内传播，所以，一般采用管道声学的方法对进气系统进行研究。通常，声学方程为：，其中，p表示的是管道内某一点的声压，x表示的是位置变量，c表示的是在管道内声波传递的速度，t表示的是时间变量。四分之一的波长管对于四分之一的波长管来讲，其结构较为简单，所占据的面积较小，压力损耗较低，被广泛使用在发动机的进气体系中，用于控制噪声。一般来讲，四分之一的波长管指的是在主管道上安装的一个密闭的管子，为了安装方便。声学仿真平台依据车厂的需求，对某车辆噪声进行改进。因为进气系统的噪声对车辆噪声造成严重影响，并且汽车车身的密闭性同进气系统的管出口位置存在紧密关联。相关工作人员应对发动机的进气系统进行优化。然而发动机的生产厂商无法提供仿真发动机的模型参数及物理参数。由现实出发，基于缺少发动机仿真模型的基础上，使用无源法，创建进气系统的仿真平台。具体流程如下：第一，利用测量的方法获取进气系统的管道及消声元件的尺寸图。通过相关专业软件创建空气过滤器的三维模型图。借助消声器软件自动形成声学空滤器的模型，然后建立管道的声学模型及消声器的声学模型，将其进行组合。第二，借助台架实验，获取同发动机相匹配的进气系统时域信号。依据管道的声学理论可以发现，假如一支管道一点的压力，则该点的声压即可通过计算得出，进而利用声压级的方法对噪声施行预测。把进气系统出的压力时域信号当做进声口，确定其工作情况。第三，为了证实无源法预测的结果，在设计完成以后，需要对发动机的进气系统进行计算、分析，因为实验的发动机为四缸直列汽油机，进气系统的管口噪音以二阶与四阶为主，其结果详见图4。经过实验分析发现：其一，当发动机的旋转速度小于2800转/分时，实验的结果同计算的结果相同，当转速超过2800转/分，则实验的结果高于计算数值。造成此种情况的原因在于实验结果容纳了高速气流及周期性噪声两部分内容，但是计算的结果仅容纳了周期性噪声一部分内容；其二，对二阶及四阶的成分所占比例进行分析发现，结果相对较高，区别是因为实验同计算应用的带宽不同导致的，计算的数值仅包含单纯的二阶或者四阶内容；其三，管口噪声的二阶及四阶成分，实验结果同计算结果的趋势大致相同。由此可以看出，无源法能够被广泛应用，计算结果真实、可信。DOE分析利用对车辆的噪声实验分析发现，转速超过6000转/分时，车内的噪声并没有实现样车的水准。从图4中可以发现，在6000转/分附近，气流的高速流动产生的噪声占进气系统管口噪声的绝大分量。因为车辆内部加装阻性材料，所以进气系统的噪声被衰弱，从而导致摩擦噪声的成本以高频噪声为主，一般频率同转速的关系为f=2n/60，其中，f表示二阶噪声相应的频率，n表示发动机的转速。一般来讲，影响四分之一波长管的损失参数约三个，即主管道、波长管的直径及波长管的长度。总而言之，伴随着现今社会经济的不断发展，城市建设进程的逐步深入，人们的生活质量及生活水平获取了显著提高，对发动机的要求标准也越来越高。所以，相关工作人员应不断提高自身的专业技能及综合素养，细致对发动机的进气系统进行设计，优化设计内容，更新设计观念