节气门啸叫分析

段继萍，李 灵

（哈尔滨东安汽车动力股份有限公司，哈尔滨150066）

汽车NVH性能开发技术是汽车设计开发的核心技术之一。通常，大多数汽车主机厂对于怠速、加速、减速和匀速等工况的稳态或准稳态振动噪声控制的研究较多。但汽车的瞬态NVH性能，如急加/减速的振动噪声、车门开闭声品质、启动/熄火声品质等，其机理通常都较复杂，涉及相关零部件或系统较多，所以常常成为汽车NVH开发中的难点。其中，节气门啸叫问题是汽车瞬态NVH性能中比较突出和典型的现象。

1 节气门啸叫产生机理

1.1 节气门啸叫产生的发现

在发动机搭载整车过程中，急踩油门时，节气门开度大约为20%，驾乘人员可以听到明显的哨响，也就是啸叫声。经检查是在节气门位置发出的声音。节气门开度继续开大，啸叫声消失。

1.2 节气门啸叫与进气歧管材料的关系

为分析节气门体啸叫产生的角度范围，参考文献［1]中设计的试验，发动机运行工况为1 500r/min无负载，在200ms内节气门体挡板由10°开启到90°，试验结果如图1。

图1 节气门角度与气动噪声的关系

试验结果显示，节气门快速开启在20°到60°之间，铝制和塑料进气歧管均会产生气动噪声。

为分析不同材料对气动噪声隔音性能的差别，参考文献［1]中又进行了如图2的试验。

图2 噪声传递损失比较

试验结果显示，由于塑料的密度远小于铝，导致塑料进气歧管噪声传递水平高于铝制进气歧管约6B。

根据以上试验分析，搭载塑料进气歧管发动机，在急踩油门时啸叫容易被车内驾乘人员感知的原因是塑料密度较低。

1.3 节气门啸叫与气体流动的关系

根据图1中节气门角度与气动噪声的关系，气动噪声产生时节气门体开度为20°到60°。在开度小于20°时，虽然歧管内真空度较大，流速高湍动能大，但气体密度小，所以没有产生噪声；在开度大于60°时，虽然气体密度明显增加，但此时歧管内真空度降低，流速湍动能均减小，所以也不会产生噪声。参考文献［1]中，比较了密度与湍动能的乘积，即ρk值，与气动噪声的关系，如图3所示。

图3 ρk值与气动噪声的关系

根据以上分析，将ρk值作为气动噪声的评价标准，用于方案的分析比较。

2 进气系统方案模拟对比

2.1 计算边界条件

在进行图1所示的试验中，进气歧管侧压力如图4所示。

图4 进气歧管侧压力与节气门体开度的关系

根据图1和图4，计算中节气门体开度设置为35°，压力为-58kPa。参考文献［1]中比较了瞬态与稳态计算的分析结果，可以忽略惯性力的影响，所以本文中采用稳态方法。

2.2 进气系统方案模拟对比

前后两种方案密度、湍动能及ρk值的比较，如图5、图6和图7所示。

图5 密度值比较

图6 湍动能比较

图7 ρk值比较

通过以上计算结果可以发现，在节气门体后端均存在明显的ρk值较高区域，由于修改方案增加了转接弯管，所以修改方案的ρk值较高区域全部集中在弯管处，并且ρk值较高区域范围较原方案偏小。

3 采取措施及试验验证

针对塑料隔音效果较铝管差来解决。由于ρk值较高区域一部分在稳压腔内，可以从进气歧管法兰处插入铝制护套，并将节气门体到稳压腔外部管壁包裹隔音棉。此方案优点是不用修改进气歧管结构，缺点是增加铝制护套后加大了歧管重量。对于后方案，由于ρk值较高区域全部集中在弯管中，可以在塑料弯管外包裹隔音棉。此方案优点是不增加进气歧管重量，缺点是增加弯管后改变了歧管结构，不利于机舱布置。

在节气门体流量试验台上，根据发动机实际工作时不同转速下对应不同节气门开度时节气门体喉口处的空气流量值，校核流量试验台，使其能够真实模拟发动机工况。在校准后的试验台上，测试及模仿节气门体啸叫工况，使其故障再现，此时节气门开度大约为20%左右时。从节气门和气道形成的缝隙中通过的高速气流正吹向怠速通道出气口。对节气门体总成怠速旁通道出气口进行了局部结构改进，使可能产生口哨结构的气道外沿从结构上实现气流反射，从而不会发出哨响。经流量试验台和整车噪声样件反复验证，该方案有效消除特定工况下，节气门某一开度时进气啸叫声。

4 结语

根据用塑料进气歧管急踩油门时产生啸叫的原因分析和试验，为减小节气门啸叫，建议采用以下两种方法：

可在ρk值较高区域包裹隔音棉。

对节气门气道进行局部结构改进，改变气流方向。

［1]Yoshihiro Nakase，Kenji Kanehara and Kouzi Ohara.Flow Noise Reduction upon Quick Opening the Throttle.SAE 2001，（01）：1429.