进气系统噪声与振动分析与设计.doc

第四章进气系统噪声与振动分析与设计

第四章进气系统噪声与振动分析与设计

第一节 进气系统概述

空气是燃烧最重要的成分之一。空气是通过进气系统进入发动机汽缸的，与燃油混合。点火后，燃油在空气中燃烧后释放出化学能量，化学能量转变成热能，然后再转变成机械能量。机械能量推动曲柄连杆机构做工，然后通过动力传递系统推动汽车前进。进入汽缸的空气越多，燃烧的效率就越高。提高进气量的途径有两个，一是减小进气阻力，二是减小排气系统的背压。

1．进气系统的结构
图4.1为一个进气系统的示意图。进气系统可以分成两部分：发动机进气多支管系统和空气进入系统。多支管系统包括进气分管和进气总管。空气进入系统包括进气控制阀，怠速进气通道，柔性连接管，干净空气管，四分之一波长管，空气过滤器，空气过滤网，赫尔姆兹消音器，进气管等等。

1---进气分管，2---进气总管，3---进气控制阀，4---怠速进气通道，5---柔性连接管，6---干净空气管，7---四分之一波长管，8---空气过滤器，9---空气过滤网，10---赫尔姆兹消音器，11---进气管
图4.1一个进气系统的示意图

2．工作原理
空气从进气管口进来，流入到空气滤清器，空气中的灰尘和杂质被过滤网滤掉。干净的空气流入到干净空气管。进气导管上安装著一个或者两个空气质量流传感器(MAFS)，传感器控制进入汽缸的空气量。这个传感器是由发动机电子控制系统来控制，控制系统将利用这个传感器的信号来调节空气与燃油的比例，使其达到最佳。空气控制伐控制著进入汽缸的空气流量，从而控制著发动机输出功率大小。当阀门全关闭的时候，怠速控制阀工作，来调节发动机的怠速。

3．进气系统功能
进气系统有下面几个功能：
1)调节空气与燃油量的比值。控制进气量的多少，使得进入发动机汽缸的空气量最佳。调节泄露空气使其再利用，使凸轮轴泄露的气体再进入进气系统。
2)保护外界杂质和不需要的成分对发动机的损坏。空气过滤器阻止外界杂质进入汽缸，从而防止发动机磨损，这样可以提高发动机的可靠性。进气口的设计还要保证水和雪不能进入进气系统。
3)测量进气量。在不同的工况下，空气与燃油的比例是不一样的。在干净空气管道上安置著一个空气控制筏。这个控制筏与发动机的电子控制系统(EEC)连接，这样就控制喷入汽缸的燃油量，使进入到发动机的空气量最佳，空气分配合理。
4)降低噪声。进气系统是汽车最主要的噪声源之一。进气系统都安装有消音元件，如扩张消音器(过滤器)、赫尔姆兹消音器、四分之一波长管等等。
5)辅助其他系统的安置。附近的一些小部件会安装在进气系统上。

4．降低噪声与减小功率损失的平衡
如果发动机不与进气系统连接，那么进气控制阀门处的气压就是大气压。可是当发动机接上一个进气系统后，进气阀门处的气压增高。这个压力与大气压之间的差值称为背压，我们将在下一章详细介绍背压问题。背压增高，空气在进气系统中运动将消耗一部分能量，即消耗发动机的能量。如果进气管道截面积越大，空气流通就越顺畅，那么功率损失就越小。中高档次汽车的进气功率的损失一般在2%到4%之间。发动机在运动的时候，在进气口处产生巨大的噪声。除了安装消音元件来消除噪声外，我们希望进气管道截面积小，这样噪声就更低。所以减小进气系统的功率损失与降低进气口噪声对进气管道截面积的要求是相互矛盾的。在设计中就必须平衡这对矛盾。

除了噪声与功率损失外，在设计进气系统时还要考虑振动、防水防雪等问题。图4.2列出了这些问题。

图4.2进气系统设计时主要考虑的问题

第二节 进气系统的噪声问题

进气系统的噪声是汽车最主要的噪声源之一。其噪声主要是指进气口处的噪声。这个噪声源离车厢的距离很近，所以对车内噪声贡献非常大。同时，进气口噪声也是汽车最主要的通过噪声源。另外，如果空气过滤器和消音元件的刚度不足，就会引起很大的辐射噪声。本节主要介绍进气口噪声。

进气系统消声元件包括扩张消音器和旁支消音器。空气过滤器除了过滤空气外，还起到扩张消音器的功能。旁支消音器包括赫尔姆兹消音器和四分之一波长管。

进气系统声学设计的第一个问题是消音容积。消音容积一般是指空气过滤器和赫尔姆兹消音器的容积之和。一般来说，消音容积越大越好。对扩张消音器来说，其容积越大，传递损失可以调节的频带也就越宽，传递损失也可能增加。对赫尔姆兹消音器，容积越大，可调节的频率越低。对四缸和六缸发动机来说，通常消音元件的容积要求达到10到15升。可是进气系统在发动机罩下面，旁边安装著许多其他部件，10到15升的消音容积空间往往很难保证。在汽车设计初期，就必须留出足够的消音容积。表4.1列出了一些汽车进气系统的消音容积。

表4.1 一