增压发动机的进气噪声源提取和进气噪声的预测

    发动机进、排气噪声是影响汽车通过噪声和车内噪声的重要因素，由于排气消声器的不断改进，排气噪声逐步得到控制，进气噪声问题得以凸显．

    进、排气噪声预测的主要方法：1)时域方法，即建立发动机一维模型，直接预测进、排气口的压力波动，得到进、排气噪声，由于将进、排气系统等效为一维管道，预测结果在低频区域较为准确，般可得到较准确的 2 阶噪声成分[1]；2)基于单口声源模型[2]的频域分析方法．通过四负载法提取进、排气噪声源，只需测量安装 4 个声负载时的进、排气口处的声压幅值，而不用直接测量复数形式的声压或者声阻抗，对试验条件和设备要求不高，因此得到广泛的研究[3].在四负载法的基础上，Desmons L 等[4-5]提出了最小二乘法，该方法测量的噪声源误差较小．Jang S 等[6-7]采用了不同于最小二乘法的多负载拟合法测量了管道单口噪声源，并分析了不同类型的负载对噪声源误差的影响．

    对于小排量自然吸气发动机，进气流量较小，气流马赫数较低，在分析进气系统声学特性时，往往忽略气流的影响[8]．但大排量或者增压发动机的进气流量显著提高，气流对声波传播的影响较大，忽略其影响会产生较大误差．

    近年来，三维计算流体动力学(CFD)方法在消声器声学特性分析中的应用逐渐被认可[9-11]，三维 CFD方法可以分析平均流场、介质黏性及温度场对消声器声学特性的影响．其中 Broatch 提出的三维 CFD 方法中的声学无反射边界[9]，使得 CFD 模型网格数量大幅减少，计算效率显著提高．

    笔者为了更准确地提取涡轮增压内燃机的进气噪声源和预测进气噪声，应用三维CFD 方法，通过合理设置边界条件，计算了考虑平均流影响下的声负载和进气系统(空滤器)的传递矩阵．根据测量安装不同声学负载时发动机的进气噪声和负载的声学特性，采用四负载最小二乘法提取声源，重点分析了这种声源提取方法的特点和注意事项．根据提取的声源，结合 CFD 法计算的有流条件下空滤器的传递矩阵，计算了安装空滤器时的进气噪声的阶次成分，与测量值进行对比，分析误差产生的原因．最后根据进气噪声的阶次特性，初步提出该进气系统的改进设计建议．

    1 噪声源提取试验

    从发动机进气系统的声源端到进气口这段管路可视作类比电路，如图 1 所示．图中 A、B、C 和 D 表示负载传递矩阵的 4 个因子，Zr是进气口声阻抗．声源声压 ps、声源阻抗 Zs及声源端的实际声压 p 从声源端观察，与声负载的阻抗 Z 的关系式为