摘 要

随着汽车保有量的持续增加，汽车产生的噪声已经对人们的生活和工作造成了比较恶劣的影响，甚至对人体的健康也产生了不可忽视的危害。发动机进气系统噪声是汽车噪声的重要组成部分，以控制发动机进气系统噪声为目标对发动机进气系统进行声学性能研究具有较好的理论意义和较强的工程应用价值。

本文首先应用 GT－POWER 软件建立某四缸发动机的仿真模型，包括进气系统的声学模型，并通过与发动机的动力性和经济性的实验数据对比标定模型的准确性，总体误差控制在5%以内。以进气消声器的传递损失和插入损失为主要研究参数，通过仿真分析，得到进气系统的声学性能参数的特性曲线，发现在频率为250～450Hz的范围内，进气系统的消声效果不理想，传递损失均在20dB以下。

其次，针对特定的消声元件，如赫姆霍兹谐振腔、1/4 波长管和扩张管等，进行消声元件对进气系统声学性能的影响研究，分别改变赫姆霍兹谐振腔的容积、波长管直径、扩张腔直径、扩张腔长度等，总结出消声元件的参数变化对消声效果的影响规律。计算结果表明：不同的消声器结构参数对应于不同的传递损失，也即不同的消声效果。谐振腔体积越大，共振频率越小；1/4 波长管的截面积之比越大，最大传递损失越大；扩张腔的扩张腔直径越大，传递损失越大。

最后，针对某轿车发动机，将其进气系统与发动机进行耦合，利用前文得到的消声元件参数对传递损失的影响规律，通过改变进气系统中消声元件的种类、位置和结构，对进气系统进行声学仿真和优化设计，以得到良好的进气系统声学特性。将原方案中的2个谐振腔和1个1/4波长管改成1个扩张管、1个谐振腔和1个1/4波长管，把3种消声元件的相对位置进行排列组合，发现谐振腔—1/4波长管—扩张管为最佳排列顺序，依次分别调整3个消声元件的结构尺寸，增大谐振腔体积、增大谐振腔连接管直径和增大波长管长度等。对优化后的进气系统方案进行仿真分析，结果表明，优化后的进气系统消声效果获得明显改善，消声频带由200～250Hz提高到180～640Hz，最大传递损失由54dB提高到78dB。

关键词：发动机，进气系统，消声器，仿真，GT－POWER

Abstract

With the continuous increase in the amount of car ownership, car noise has caused a harsh impact on people's lives and work, and even the damage of the human body health also can not be ignored. The noise of the engine intake system is an important part of the automobile noise. It is of great theoretical and strong engineering application value to study the acoustic performance of the engine intake system with the aim of controlling the noise of the engine intake system.

In this paper, the simulation model of a four-cylinder engine is established by using GT-POWER software, including the acoustic model of the intake system, and the accuracy of the calibration model is compared with the experimental data of the engine's dynamical and economic. The overall error is controlled at 5% within. Taking the transmission loss and insertion loss of the intake muffler as the main research parameters, the characteristic curve of the acoustic performance parameters of the intake system is obtained by simulation analysis. It is found that the muffling effect of the intake system is not in the range of 250 ~ 450Hz ideal, and transmission losses are below 20dB.

Secondly, the influence of the muffler on the acoustic performance of the intake system is studied for the specific silencer, such as the Helmholtz resonator, the 1/4 wavelength tube and the expansion tube, respectively. Volume, diameter of the wavelength tube, the diameter of the expansion chamber, the length of the expansion chamber, and so on, and summarizes the influence of the parameters of the muffler on the muffling effect. The results show that different muffler structural parameters correspond to different transmission losses, that is, different muffler effects. The larger the resonant cavity volume, the smaller the resonant frequency; the larger the ratio of the cross-sectional area of the 1/4 wavelength tube, the greater the maximum transmission loss; the larger the diameter of the expansion chamber in the expansion chamber, the greater the transmission loss.

Finally, according to the influence of the parameters of the muffler component on the transmission loss, the air intake system is coupled with the engine, and the type, position and structure of the silencer in the intake system are changed. Gas system for acoustic simulation and optimization design, in order to get a good air intake system acoustic characteristic. The original scheme of the two resonant cavities and a quarter-wavelength tube into a expansion tube, a resonant cavity and a quarter-wavelength tube, the three kinds of silencer components of the relative position of the combination. It is found that the resonant cavity-1/4-wavelength tube-expansion tube is the best permutation order, adjust the structural size of the three muffler elements, increase the resonant cavity volume, increase the diameter of the cavity connecting pipe and increase the length of the wavelength tube. The simulation results show that the muffler effect of the optimized intake system is improved obviously, the wake frequency band is increased from 200 ~ 250Hz to 180 ~ 640Hz, and the maximum transmission loss is increased from 54dB to 78dB.

Keywords: Engine, intake system, muffler, simulation, GT-POWER

目录

摘要 I

Abstract II

目录 IV

第1章 绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3主要研究内容 3

第2章 发动机GT模型的建立与标定 4

2.1发动机模型的建立 4

2.2发动机模型的标定 6

2.3标定后的发动机模型进气系统分析 7

2.4本章小结 9

第3章 进气系统结构对声学性能的影响规律研究 10

3.1进气系统声学性能基础 10

3.1.1进气噪声来源 10

3.1.2消声器的种类及特点 10

3.1.3进气系统消声性能评价指标 11

3.2赫姆霍兹谐振腔结构参数对声学性能的影响规律研究 12

3.3 1/4波长管结构参数对声学性能的影响规律研究 16

3.4 扩张管结构参数对声学性能的影响规律研究 21

3.5本章小结 24

第4章 某轿车进气系统噪声控制与优化设计 26

4.1某轿车进气系统噪声分析 26

4.2进气系统优化方案设计 27

4.3本章小结 33

第5章 总结与展望 34

5.1全文总结 34

5.2 研究展望 35

致谢 36

参考文献： 37

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

从1886年1月29日世界上第一辆汽车诞生以来，汽车工业经过了100多年的蓬勃发展。从汽车曾经是贵族身份的象征到汽车走入绝大多数的家庭之中，这无疑证明了人类降低了汽车的制造成本，熟练地掌握了汽车的制造技术，同时也象征着广大民众的生活水平提高。但是随着汽车保有量的持续增加，汽车在道路上行驶所带来的问题也逐个暴露，噪声的污染，雾霾的污染，报废汽车的回收不恰当等等现象。其中，根据英国的一项汽车工业调查显示，汽车产生噪声的最主要来源是发动机，而发动机的噪声又主要来源于进气系统和排气系统。因此，降低汽车噪声，也即降低发动机进排气系统的噪声成为了绝大部分汽车技术工程师专心想攻克的问题之一。降低进气噪声的最简单明了的思路就是利用GT-POWER软件模拟出发动机进气系统的工作状况，并且计算出传递损失等参数，这些参数可以作为不同环境下设计发动机进气系统的参照。所以深入地研究进气系统噪声的影响因素，并且掌握其规律，对于进气系统的设计和改良有着重要的工程价值。本次毕业设计将在理论基础和实际应用上对汽车进气系统进行声学性能仿真与优化研究，对未来降低汽车NVH有着一定的参考价值。

1.2国内外研究现状

在国内，许多大学将优化进气系统声学性能和设计出降噪的进气系统等课题作为学生的毕业设计，学生也发表了众多优秀的学位论文。吉林大学梁明东^[1]通过GT-POWER建立了一个立体的联合模型，并且通过由模型模拟得出的传递损失，压力摄入量损失，排气消声器的消声，排气背压等参数来改善原方案，并且主要通过加装消声器来改善。研究结果表明通过改良后的进排气系统可以有效地降低噪声，最终的试验结果和仿真结果也基本一致。

江苏大学王康兵^[2]利用了CFD软件对空气滤清器及其管道的空气动力学特性进行了研究，确定了空气滤清器的流动阻力损失和滤芯流动均匀性这两项参数，并且研究了不同进气系统的结构对空气滤清器这两项参数的影响，总结出了不同插入管结构、当班结构和进气口位置的变化对空气滤清器的影响规律。同时还讨论了不同空气滤清器对传递损失的影响，结果表明适当的插入管长度可以改善空气滤清器的消声效果。