汽车空气滤清器的降阻优化设计

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摘 要：随着经济的发展，汽车基本进入了普及状态，而进气噪声是汽车的主要噪声源之一，进气系统设计的首要难题也是进气噪声问题，噪声的产生主要因为空气阻力过大产生的，空气滤清器又是进气系统的主要零部件，其决定了进气系统的基本声学特性，其他各种类型的消声器本质上是空滤的补充，因此对空气滤清器的声学特性进行优化是减小进气阻力降低噪声比较方便和有效的方法。降低空气滤清器阻力的普遍方法是在其前后进气管道上连接谐振腔，但因受到机舱零件布置的影响，往往没有空间布置谐振腔。因此，在发动机机舱空间有限的情况下，通过改变空气滤清器本身的结构来提高其降阻能力显得尤为重要。本文基于某车空气滤清器的结构设计来说明如何通过优化空滤结构来提升降阻能力减少噪声。

关键词：空气滤清器;声学特性;降阻消声;消声元件;结构优化

0 前言

空气滤清器是进气系统的核心零部件，其决定了进气系统的基本声学特性。通过在空气滤清器本体上添加赫姆霍兹谐振腔等消声原件来优化空滤结构降低进气系统噪声，并通过试验证明优化前后进气噪声得到明显改善。

1 进气系统的噪声问题

1.1 进气噪声源

进气噪声是由进气门周期性开闭产生的压力波动所形成的，它主要包括三部分：①进气门开启时活塞做变速运动所引起的进气脉动噪声;②进气门关闭时进气管道中的空气柱共振噪声;③气流经过进气门环隙时产生的涡流噪声。

1.2 进气系统消声单元

进气系统消声单元通常包括扩张消声器和旁支消声器。空气滤清器的主体除了过滤空气外，还起到扩张消声的功能;旁支消声器包括赫姆霍兹谐振腔、插入式消声器、1/4波长管和穿孔式消声器。

2 空气滤清器降噪设计要求

进气噪声与消声容积有关，消声容积一般指空滤器和谐振腔的容积之和。一般来说，消声容积越大越好。对空滤器壳体来说，其容积越大，消声量就越大，可以调节的频带也就越宽。对空滤器容积设计一般要求满足发动机排量的3-6倍，从进气消声的角度来分析，容积与单个气缸排量的比值应在15-20之间，可是进气系统安装在发动机机舱中，受制于车身、发动机等其他周边部件，所以在整车机舱布置设计初期必须为空滤留出足够的空间，同时为保证足够的空滤容积，空滤的形状一般都是不规则的，需根据布置空间成形。表l是一些对标车型的消声容积。本次设计的发动机排量为2.5L，初始设计的空气滤清器主体的容积为12.5L，并未添加消声结构，做出样件进行噪声测试，从测试结果可看出其符合典型的增压发动机进气噪声特点，高中低频均有噪声分布，中高频噪声比较明显。

3 空气滤清器结构优化

为消除噪声需添加消声结构，结合布置空间情况在空滤本体内部及周边设计出4个谐振腔，分别为2个赫姆霍兹谐振腔（SBR）和2个宽频谐振腔（BBR），其中SBR具有良好的低频消声功能，其共振频率为：ƒr=c/2π√s/IV;式中，c为声速，s为谐振腔小孔面积，I为孔径有效长度，V为谐振腔体积。设计过程中SBR的共振频率需接近测试对应的噪声频率。从测试结果中可以看出低频噪声频率为200Hz和600HZ左右，结合周边布置空间最终得出SBR1和SBR2的结构参数表2。

2个BBR均为穿孔型+共振腔式复合阻性消声器，能够很好的消除中高频的噪声。根据上述理论计算及考虑空间结构，得出了各个谐振腔的三维数模数据。

3.1 优化后空滤的噪声测试验证

对添加了上述消声元件的空滤进行噪声测试验证，可以看出，添加消声元件后进气噪声得到了明显的改善，满足标准要求。

3.2 进气阻力试验

空气滤清器不仅要降低车辆的进气噪声，还要保证进气阻力符合设计要求。对优化后的空滤进行流体特性试验，试验在空气滤清器综合性能试验台上进行。试验结果表明，该空滤系统在额定流量533kg/h下的原始阻力为1.9kPa，空滤内部流场稳定，没有大的涡流，滤芯表面的速度均匀性较好，满足目标要求。

4 结语

进气系统降阻能力的好坏关键取决于空滤的设计，在不改变进气系统管道的前提下，利用赫姆霍兹谐振腔参数化设计模型和复合式阻性消声元件的运用来降低进气噪声，并通过噪声测试证明了设计的有效性，同时进行阻力试验证明在降噪过程中进气阻力也满足技术要求。

参考文献：

[1]张志华，王桂林，刘迟.乘用车进气系统NVH&CFD开发案例[J].内燃机与配件.

[2]史杰，唐善政，卢曦，吴承滞.气滤清器对车辆进气噪声的影响分析及性能优化[J].汽车技术，2015（04）：10-13.

[3]朱棋鋒，石海威.70000吨半潜船艉机舱主机排气管降阻的优化设计[J].广船科技.

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