注：本文節(jié)選自《汽車發(fā)動機NVH性能開發(fā)與工程實踐》，由機械工業(yè)出版社出版

本書從汽車NVH性能開發(fā)工程師的角度出發(fā)，努力將基礎(chǔ)理論、產(chǎn)品設(shè)計、工程經(jīng)驗和措施方案等方面緊密地融合在一起，可以供汽車NVH性能開發(fā)工程師、發(fā)動機性能集成開發(fā)工程師、汽車動力系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)工程師、高等院校振動噪聲方向在校學生和科研人員等的閱讀參考。

各個復(fù)雜的排氣消聲器都是由簡單的消聲單元組合而成的，并且分別具有各自特有的消聲頻率特征，而且整個排氣系統(tǒng)的消聲特性還滿足特定的累積疊加假設(shè)原理。因此，如果分別對 各種簡單的消聲器單元開展聲學特性研究和相關(guān)影響因素的分析，就能夠深入地理解復(fù)雜結(jié)構(gòu) 消聲器的聲學特征，并有助于提升排氣系統(tǒng)聲學性能集成設(shè)計開發(fā)的總體技術(shù)水平。 

6.2.1　排氣系統(tǒng)的阻性消聲器

排氣系統(tǒng)阻性消聲器是一種吸收型消聲器（Absorption or Dissipative Muffler），主要的消聲機理有兩種，分別是利用吸聲材料的黏滯摩擦作用和熱傳導(dǎo)作用。其中，吸聲材料的黏滯摩擦 特性對阻性消聲器的消聲性能起到主導(dǎo)作用。當聲波載體通過阻性消聲器時，聲波在多孔吸聲 材料中傳播，引起內(nèi)部孔隙和細小纖維的結(jié)構(gòu)振動，聲波載體各質(zhì)點的振動速度又各不相同， 并存在著速度梯度，使得相鄰質(zhì)點之間產(chǎn)生相互作用的黏滯阻力或者內(nèi)摩擦阻力，從而將聲能 不斷地轉(zhuǎn)換為熱能形式而耗散掉，達到消聲降噪的效果。此外，聲波在耐熱多孔吸聲材料內(nèi)部 的傳播過程中，存在著不均勻的溫度梯度差，從而使得相鄰質(zhì)點之間發(fā)生熱量傳遞或者熱傳導(dǎo)， 也可以將聲能不斷轉(zhuǎn)化為熱能耗散。如果借鑒聲電學之間的動態(tài)類比方法，阻性消聲器相當于 電路系統(tǒng)的電阻。

根據(jù)阻性消聲器氣流通道的不同形狀樣式，可以分為直管式、蜂窩式、迷宮式、片葉式、 折板式（聲流式）和彎頭式等。比如，排氣系統(tǒng)熱端部分的三元催化轉(zhuǎn)化器或者顆粒捕捉器內(nèi) 部載體結(jié)構(gòu)就類似于一種蜂窩狀的阻性消聲元件。而在汽車排氣系統(tǒng)的冷端部分，直管式阻性 消聲器是應(yīng)用最為廣泛的一種阻性消聲器類型，經(jīng)常被設(shè)計布置在排氣系統(tǒng)冷端部分的前端位 置，不僅能夠顯著地衰減中高頻范圍的排氣噪聲，還能解決發(fā)動機在急加速或者急減速工況時 排氣沖擊波效應(yīng)引起瞬時的高頻刺耳噪聲問題，同時也有利于快速地降低排氣系統(tǒng)管路內(nèi)的廢 氣溫度，減少前置消聲器的熱害輻射。如圖 6-8 所示，直管式阻性消聲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較簡單， 吸聲材料鋪設(shè)在穿孔內(nèi)管與消聲器筒體和端蓋組成的內(nèi)部腔室之中，排氣氣流的流動效率較高， 發(fā)動機的排氣壓力損失較小，并具有較好的降溫隔熱性能，同時也便于消聲器產(chǎn)品的生產(chǎn)制造 和質(zhì)量管控。常見的汽車排氣系統(tǒng)吸聲材料有玻璃纖維、礦物棉、多孔陶瓷等。

圖 6-8 直管式排氣系統(tǒng)阻性消聲器的結(jié)構(gòu)形式示意圖

阻性消聲器并不是一種具有全頻段消聲能力的消聲器，其主要的消聲頻段在中高頻范圍， 這與吸聲材料的物理特性有關(guān)。根據(jù)管道聲學的平面波假設(shè)理論，可以推導(dǎo)出直管式阻性消聲 單元的半經(jīng)驗計算近似公式（6-2），也稱為彼洛夫（A.N.Belov）公式

阻性消聲器的低頻降噪性能通常較差，同時還存在頻率上限的失效截止特性。由于高頻的短波長窄束聲波不滿足一維平面聲波的近似假設(shè)，會沿著內(nèi)部管路的氣流通道直接傳播，減少 與吸聲材料的物理耦合作用，因此導(dǎo)致直管式阻性消聲器的高頻消聲量急劇地降低。另外，阻 性消聲器內(nèi)部的穿孔管結(jié)構(gòu)參數(shù)也會影響著消聲性能，一般會通過改變穿孔管的孔型幾何尺寸 和穿孔率，以及吸聲材料的填充密度等方式，調(diào)整直管阻性消聲器的消聲中心頻率和消聲量。

由于發(fā)動機排出的廢氣成分具有高溫高速流動的特性，并且還含有腐蝕性成分。通常來說，純粹的阻性消聲器很少直接應(yīng)用在汽車排氣系統(tǒng)之中，工程上往往與抗性消聲器組合設(shè)計 為阻抗復(fù)合式消聲器類型。為了防止發(fā)動機廢氣氣流導(dǎo)致阻性消聲器吸聲材料的快速流失損耗， 作為內(nèi)部氣流主通道的穿孔管開孔方式和開孔率都會進行專門的護面層強化設(shè)計，或者采用不 同類型吸聲材料的分層包覆方式，采用玻璃布或鋼絲網(wǎng)固定護面層等方式，以保證汽車排氣系 統(tǒng)阻性消聲器能夠保持長期有效的消聲降噪作用。不過，護面層一般也具有一定的聲阻抗，當 多孔吸聲材料覆蓋了護面層之后，護面層的聲阻抗就會疊加在多孔材料的聲阻抗之上，從而影 響到整個阻性消聲器的吸聲降噪性能。

6.2.2　排氣系統(tǒng)的抗性消聲器 

相較于阻性消聲器而言，抗性消聲器不是通過多孔吸聲材料的黏滯摩擦效應(yīng)來消聲降噪， 而是依靠管道截面突變引起聲阻抗的變化，導(dǎo)致管道內(nèi)腔傳播的聲波發(fā)生反射、共振、干涉、 衍射或者繞射等波動現(xiàn)象來耗散聲能，從而降低消聲器出口位置的聲波能量。因此，抗性消聲 器（Restrictive or Reflective Muffler）有時也被稱為反射式消聲器。一般而言，抗性式排氣系統(tǒng)消聲器具有較強的頻率選擇性，適用于降低窄帶或者中低頻區(qū)間的排氣噪聲，且有效的消聲頻 帶較窄，而高頻區(qū)間的排氣消聲能力通常較差，氣流阻力和排氣壓力損失也較大。因此，抗性 消聲器又稱為“聲學濾波器”。

抗性消聲器是汽車排氣系統(tǒng)中應(yīng)用較為廣泛的一種消聲器類型。根據(jù)抗性消聲器的不同消聲機理，排氣系統(tǒng)抗性消聲器的基本消聲單元可以分為擴張式、共振式、微穿孔式和干涉式等 主要類型。如圖 6-9 所示，分別表示了以上四種抗性消聲器單元的基本結(jié)構(gòu)形式，以及相應(yīng)的消聲量頻譜特性。

1.擴張式抗性消聲器

其中，單節(jié)的擴張式消聲器是抗性消聲器最常用的基本類型，也是內(nèi)部結(jié)構(gòu)最簡單的消聲單元形式。管道內(nèi)傳播的聲波在擴張截面位置的透射率降低，部分聲波被反射回去，因此在特 定的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)消聲降噪的作用。在實際的汽車排氣系統(tǒng)設(shè)計中，通常采用多個擴張腔的 串聯(lián)組合形式或者增加內(nèi)插管等方式，增加有效消聲量的頻率范圍。但是，由于擴張式消聲器 通常存在較大面積的薄壁表面結(jié)構(gòu)，殼體和端面的表面模態(tài)頻率較低，容易產(chǎn)生低頻的結(jié)構(gòu)共 振噪聲問題。同時，由于擴張式消聲器表面薄壁結(jié)構(gòu)的聲輻射效率也較高，在高強度的氣動沖 擊載荷和振動激勵下，還容易產(chǎn)生強烈的消聲器殼體輻射噪聲問題。

2.共振式抗性消聲器

共振式抗性消聲器的典型形式是在排氣系統(tǒng)氣流管道上連接某特定頻率特性的密閉腔室或 者 1/4 波長管等裝置，當管道傳播的聲波頻率接近于密閉腔室的特征頻率時，會發(fā)生所謂的赫姆霍茲（Helmholtz）聲腔共振效應(yīng)，將此特征中心頻率范圍的聲波能量大量地轉(zhuǎn)化為熱能來耗 散掉，從而起到排氣系統(tǒng)消聲降噪的作用。在汽車排氣系統(tǒng)的共振式抗性消聲器設(shè)計中，為了 便于排氣消聲器的封裝制造和節(jié)省空間，比較常見的共振腔結(jié)構(gòu)形式是旁支管式和同軸管式， 如圖 6-10 所示。通常，單一通道的共振腔室結(jié)構(gòu)只是在某一個中心頻率范圍內(nèi)具有較好的消聲降噪能力。因此，工程上常常采用多孔結(jié)構(gòu)形式的穿孔內(nèi)管或者穿孔隔板，通過匹配設(shè)計穿孔 率、穿孔尺寸大小和孔間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)，在共振腔室容積不變的約束條件下，調(diào)節(jié)共振式排氣 消聲器的消聲中心頻率和有效的消聲頻率范圍。

3.微穿孔式抗性消聲器

排氣系統(tǒng)微穿孔式消聲單元是基于金屬材料微穿孔板吸聲理論的一種管道共振式消聲器，通常是在消聲器內(nèi)部的氣流通道管路或者隔板上，加工出特定穿孔率參數(shù)的一些微小尺寸通孔， 并與相通腔室共同構(gòu)建出高聲阻和低聲質(zhì)量特性的一種共振消聲單元類型。如果穿孔的孔徑尺 寸較大且數(shù)量很少，就類似于若干個的赫姆霍茲聲腔共振體組合。但是，當穿孔的孔徑尺寸較 小且數(shù)量較多時，這樣的微穿孔式消聲單元就能夠融合共振式抗性消聲單元和含吸聲材料阻性 消聲單元的共同特征，可以有效地增加消聲量頻帶的區(qū)間范圍，具有較低的氣體流動阻力、耐 高溫和耐腐蝕等優(yōu)點，能夠承受高速高溫氣流的高強度沖擊，同時可減少吸聲材料的使用率， 特別適用于汽車發(fā)動機排氣系統(tǒng)的消聲器。另外，為了進一步提升微穿孔式消聲單元的降噪效 果，可以在微穿孔管或者微穿孔板相通的空腔內(nèi)填充阻性的多孔吸聲材料，或者采用雙層的微 穿孔結(jié)構(gòu)形式等改進措施方法。

4.干涉式抗性消聲器

干涉式抗性消聲器主要是利用相干聲波的干涉相消特性，實現(xiàn)排氣系統(tǒng)消聲降噪功能的目的。最為典型的干涉式消聲器結(jié)構(gòu)形式是采用 1/2 波長管的并聯(lián)旁路分支形式，當兩路聲波在下游交匯位置發(fā)生聲阻抗變化引起的反相干涉抵消效應(yīng)作用，以此達成特定頻率的管道聲波消 聲作用。當然，如圖 6-11 所示，也可以采用不同波長管并行的組合導(dǎo)管形式，以實現(xiàn)不同中心頻率組合的排氣消聲作用，但是這需要較大容積的消聲器內(nèi)部空間以布置安裝各分支管路。另 外，根據(jù)相干聲波來源的不同方式，干涉式消聲器又可以分為無源被動式和有源主動式的兩種類型。

6.2.3　排氣系統(tǒng)的復(fù)合阻抗式消聲器 

通常來說，排氣系統(tǒng)阻性消聲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較簡單，具有較好的中高頻消聲性能，且流阻較小，但是低頻的消聲效果較差，多孔吸聲材料容易產(chǎn)生堵塞或者損耗等問題。而排氣系統(tǒng)抗 性消聲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)往往較復(fù)雜，氣流阻力較大，只適用于消除中低頻范圍的排氣噪聲。隨著 汽車發(fā)動機燃燒技術(shù)和排放控制技術(shù)的不斷發(fā)展，排氣溫度、流速和流量等的排氣系統(tǒng)設(shè)計因 素也都在發(fā)生變化，并且對整車 NVH 性能水平的要求一直在持續(xù)地提高，這不僅要求排氣系統(tǒng)具有更寬頻率范圍的降噪消聲能力，還要適應(yīng)更加復(fù)雜的發(fā)動機運行工況。如果僅僅使用單 一構(gòu)型的消聲器就難以滿足日益提高的排氣系統(tǒng)性能要求，因此綜合阻性和抗性消聲器特征的 復(fù)合式消聲器組合結(jié)構(gòu)設(shè)計方案就應(yīng)運而生了。

目前，汽車排氣系統(tǒng)的消聲器總成已經(jīng)大量地采用復(fù)合阻抗式的消聲器設(shè)計思路，同時使用抗性消聲單元和多孔吸聲材料的組合結(jié)構(gòu)方案，在有限的消聲器容積空間約束條件下，可以 顯著地提高寬頻范圍內(nèi)的排氣噪聲消聲性能。

復(fù)合阻抗式消聲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般都較為復(fù)雜，常常包括多個腔室、不同長度和直徑大小 的管道，以及內(nèi)置包覆的吸聲材料，并衍生出多種多樣的消聲單元組合形式（圖 6-12）。其中，較為常見的復(fù)合消聲器組合形式是在氣流入口的前段采用阻性消聲單元，首先降低氣流的流速 和溫度，減少高溫高速氣流引起的氣動再生噪聲問題，避免管道內(nèi)產(chǎn)生高強度的沖擊波；再在 消聲器內(nèi)部的中段或者后段采用抗性消聲單元，繼續(xù)消除或者“篩除”中低頻范圍的排氣噪聲。   值得注意的是，復(fù)合阻抗式排氣消聲器并非不同消聲單元之間的簡單疊加，內(nèi)部消聲單元之間 存在著非常復(fù)雜的多物理場耦合關(guān)系，對復(fù)合式消聲器聲學性能理論計算預(yù)測和仿真分析結(jié)果 的置信度往往不高，工程上主要借助于系統(tǒng)級臺架和整車狀態(tài)的實驗測試方法進行產(chǎn)品開發(fā)設(shè) 計。并且，排氣系統(tǒng)的溫度分布和流速大小也都影響著復(fù)合式消聲器的聲學性能。最后，復(fù)合 式排氣系統(tǒng)消聲器設(shè)計需要綜合考慮發(fā)動機的不同使用工況，在盡量減小對發(fā)動機性能的影響 條件下，實現(xiàn)最優(yōu)化的消聲降噪性能水平。

雖然復(fù)合式排氣系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，設(shè)計制造的成本較高，但是可以根據(jù)發(fā)動機類型和整車 NVH 性能需求對消聲器內(nèi)部的組合結(jié)構(gòu)參數(shù)進行靈活的調(diào)整設(shè)計，更有利于實現(xiàn)排氣消聲器的平臺化設(shè)計。當然，充分掌握汽車排氣系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)能力是實現(xiàn)復(fù)合式消聲器平臺 化開發(fā)的前提條件。

6.2.4　排氣系統(tǒng)的擴散式消聲器

相較于阻性消聲器、抗性消聲器和阻抗復(fù)合式消聲器而言，擴散式構(gòu)型的消聲器很少搭載 應(yīng)用在汽車發(fā)動機的排氣系統(tǒng)設(shè)計之中。最常見的擴散消聲器工程應(yīng)用場景是減小間歇性排氣 聲源的排氣放空噴射噪聲，通常安裝在放氣口末端的出口位置，主要有小孔噴注式、節(jié)流降壓 式和多孔擴散式等的三種消聲器類型。擴散式排空消聲器能夠改變氣流出口噪聲源的聲學特性， 從而降低氣流出口位置的輻射聲功率值，或者改變輻射噪聲的頻譜分布特征。但是，這種擴散 式的排氣放空消聲器會明顯地降低排氣氣流速度，導(dǎo)致排氣流阻的急劇增加，如果應(yīng)用在排氣 系統(tǒng)的尾口位置會對發(fā)動機性能造成嚴重的負面影響。

此外，國內(nèi)外也有采用擴散錐、穿孔管、擴張腔和阻性吸聲材料等組合構(gòu)成的錐頸阻抗復(fù) 合式消聲器類型（如圖 6-13 所示），已經(jīng)實際量產(chǎn)搭載于汽車排氣消聲器的工程案例。這種錐頸復(fù)合式消聲器的氣流流動阻力通常較小，局部壓力損失也較小。并且，錐形內(nèi)管具有連續(xù)光 滑變化的截面，通過氣流壓降改變引起的擴散移頻效應(yīng)，能夠達到排氣系統(tǒng)消聲降噪的目的。 如果擴散錐的錐角、錐管長度和截面面積比等參數(shù)都設(shè)計得比較科學合理，就不會產(chǎn)生明顯的管道氣流脫落現(xiàn)象，不僅能有效地降低中低頻區(qū)間的排氣噪聲，還可抑制排氣系統(tǒng)高速氣流產(chǎn) 生的氣動再生噪聲問題。但是，這種錐頸復(fù)合式消聲器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工制造的難度 較高，并且只適用于亞音速氣流的消聲作用。在特殊情況下，擴散錐組件與文丘里管（Venturi Tube）結(jié)構(gòu)共同組合形成消聲器內(nèi)部的排水裝置，利用高速氣流經(jīng)過擴散錐位置的負壓效應(yīng)（伯努利原理），將冷凝水或積水引流到內(nèi)插出管再排出到消聲器之外。

6.3 排氣系統(tǒng)的常見噪聲問題

如圖 6-14 所示，所謂汽車排氣系統(tǒng)的噪聲問題，通常是指車輛在特定工況下所有的排氣系統(tǒng)零部件產(chǎn)生的各種噪聲問題，主要包括有排氣尾口的輻射噪聲、熱端或者冷端部件的結(jié)構(gòu)表 面輻射噪聲，以及排氣系統(tǒng)零部件連接部位或者消聲器排水孔引起的非正常泄漏噪聲問題等。 根據(jù)排氣系統(tǒng)噪聲的不同激勵源，可以分為氣動噪聲和機械振動噪聲的兩種噪聲問題類型。其 中，發(fā)動機高溫高速廢氣引起的排氣系統(tǒng)氣動噪聲問題，是最為常見和嚴重度較高的整車 NVH 問題現(xiàn)象，存在著復(fù)雜的流體動力學耦合因素。而對于發(fā)動機或者底盤路面等位移振動激勵引 起的排氣系統(tǒng)噪聲問題，其機理原因和解決方法往往比較地簡單，并且對整車噪聲的貢獻度也 較小。因此，以下重點介紹排氣系統(tǒng)氣動噪聲類型的常見問題。

雖然排氣系統(tǒng)與進氣系統(tǒng)的氣動噪聲機理比較類似，都屬于典型的管道聲學控制范疇。但 是與進氣系統(tǒng)相比，汽車發(fā)動機排氣系統(tǒng)的管道長度通常更長，管道內(nèi)氣體的溫度、流速和壓 力也更高，還涉及更加復(fù)雜的廢氣凈化處理、熱害防護、環(huán)境噪聲法規(guī)和動力聲品質(zhì)調(diào)校等功 能要求。因此，排氣系統(tǒng)的空氣動力學噪聲現(xiàn)象也就更加復(fù)雜。常見的排氣系統(tǒng)噪聲問題主要 有周期性壓力脈動噪聲、管路駐波噪聲、赫姆霍茲共振噪聲、孔腔流激振蕩噪聲、沖擊波噪聲、氣流噪聲和異響等。

本書內(nèi)容簡介：本書重點針對發(fā)動機NVH性能開發(fā)過程中的重點機構(gòu)和零部件系統(tǒng)分別進行了闡述，共分成8章：第1章為發(fā)動機振動激勵的基本原理和理論基礎(chǔ)部分，主要介紹了單缸和多缸發(fā)動機的振動激勵分析機理。第2章則詳細地闡述了發(fā)動機平衡性設(shè)計開發(fā)的概念方法和常見的衍生NVH問題。第3章從發(fā)動機噪聲的分類、發(fā)動機噪聲的測試評價及各種類型噪聲的識別分析技術(shù)等，并提供了較全面的問題分析排查方法和工程解決措施方案。第4章詳盡地闡述了各種類型的增壓器噪聲問題。第5章介紹了進氣系統(tǒng)的NVH性能集成開發(fā)流程、常見的進氣系統(tǒng)噪聲問題、進氣系統(tǒng)關(guān)鍵零部件的聲學特性分析和進氣系統(tǒng)的聲增強技術(shù)。第6章介紹了排氣系統(tǒng)NVH性能集成開發(fā)的要素、不同消聲器類型的聲學特性分析和排氣系統(tǒng)的常見噪聲問題。第7章介紹了發(fā)動機燃油系統(tǒng)的噪聲問題。第8章介紹了常見的發(fā)動機NVH性能開發(fā)典型案例。

《汽車發(fā)動機NVH性能開發(fā)與工程實踐》目錄

第1章　發(fā)動機的振動激勵分析1

1.1　發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的簡介1

1.2　中心式曲柄連桿機構(gòu)的運動學分析4

1.3　偏心式曲柄連桿機構(gòu)的運動學分析8

1.4　單缸發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的質(zhì)量換算9

1.4.1　活塞組的等效質(zhì)量換算9

1.4.2　曲軸組的等效質(zhì)量換算10

1.4.3　連桿組的等效質(zhì)量換算11

1.4.4　曲柄連桿機構(gòu)的兩質(zhì)點力系簡化模型12

1.5　單缸發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的動力學分析13

1.5.1　缸內(nèi)氣體作用力13

1.5.2　往復(fù)慣性力14

1.5.3　離心慣性力15

1.6　單缸發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的力傳遞分解和受力分析15

1.6.1　活塞銷中心的作用力和力傳遞分解15

1.6.2　曲柄銷中心的力傳遞分解和受力分析16

1.6.3　曲軸主軸頸的力傳遞分解和輸出轉(zhuǎn)矩16

1.6.4　曲柄連桿機構(gòu)的氣動轉(zhuǎn)矩和慣性轉(zhuǎn)矩17

1.6.5　曲柄連桿機構(gòu)的傾覆力矩分析18

1.6.6　曲軸主軸頸的反作用力分析18

1.6.7　單缸發(fā)動機曲柄連桿機構(gòu)的激勵載荷分析19

1.7　多缸發(fā)動機的振動激勵分析20

1.7.1　多缸發(fā)動機的氣缸序號和曲柄圖20

1.7.2　多缸發(fā)動機的曲柄排列和發(fā)火順序21

1.7.3　多缸發(fā)動機激勵源的合成分析22

第2章　發(fā)動機的平衡性設(shè)計分析25

2.1　發(fā)動機平衡的基本概念26

2.2　單缸發(fā)動機的平衡性分析26

2.2.1　離心慣性力的平衡分析27

2.2.2　往復(fù)慣性力的平衡分析28

2.3　直列式多缸發(fā)動機的平衡性方法33

2.3.1　多缸發(fā)動機旋轉(zhuǎn)離心慣性力和力矩的平衡方法33

2.3.2　多缸發(fā)動機往復(fù)慣性力和力矩的平衡方法35

2.4　直列式四沖程4缸發(fā)動機的平衡機構(gòu)設(shè)計36

2.5　直列式四沖程3缸發(fā)動機的平衡機構(gòu)設(shè)計38

2.5.1　3缸發(fā)動機激勵源分析和平衡方案39

2.5.2　3缸發(fā)動機混合動力平臺開發(fā)的平衡方案41

2.5.3　3缸發(fā)動機平衡軸機構(gòu)的NVH性能測試對比41

2.6　平衡軸機構(gòu)設(shè)計的基本要求43

2.7　平衡軸齒輪傳動系統(tǒng)的常見噪聲問題44

2.7.1　平衡軸齒輪傳動NVH問題的案例44

2.7.2　平衡軸齒輪傳動系統(tǒng)NVH性能的控制47

2.7.3　橡膠減振齒輪在平衡軸機構(gòu)中的應(yīng)用50

2.7.4　剪刀齒輪在平衡軸機構(gòu)中的應(yīng)用51

2.7.5　非金屬齒輪在平衡軸機構(gòu)中的應(yīng)用52

2.8　仿真分析技術(shù)在發(fā)動機平衡開發(fā)中的應(yīng)用53

2.9　多缸發(fā)動機的內(nèi)部平衡分析53

第3章　發(fā)動機的噪聲分析控制55

3.1　發(fā)動機噪聲的分類55

3.2　發(fā)動機輻射噪聲的測試評價58

3.2.1　基于整車狀態(tài)的發(fā)動機振動噪聲測試評價58

3.2.2　基于發(fā)動機NVH臺架消聲室的發(fā)動機輻射噪聲測試評價59

3.3　發(fā)動機的燃燒噪聲62

3.3.1　燃燒噪聲的分類63

3.3.2　基于缸內(nèi)壓力頻譜特征的燃燒噪聲分析64

3.3.3　燃燒噪聲的振動噪聲傳遞特征分析67

3.3.4　燃燒噪聲開發(fā)的控制69

3.4　增壓直噴汽油機爆燃噪聲的診斷控制71

3.4.1　普通爆燃與超級爆燃72

3.4.2　整車狀態(tài)的超級爆燃排查診斷73

3.4.3　超級爆燃的影響因素與控制措施74

3.5　發(fā)動機的機械噪聲簡述75

3.6　活塞敲擊噪聲的分析控制76

3.6.1　常見的活塞敲擊現(xiàn)象78

3.6.2　活塞敲擊噪聲的類型78

3.6.3　活塞敲缸的機理分析79

3.6.4　改善活塞敲缸問題的措施方案80

3.6.5　活塞銷敲擊的機理分析82

3.6.6　常見的活塞銷敲擊現(xiàn)象83

3.6.7　改善活塞銷敲擊問題的措施方案83

3.7　配氣機構(gòu)噪聲的分析控制84

3.7.1　配氣機構(gòu)氣門驅(qū)動方式的類型85

3.7.2　配氣機構(gòu)的常見噪聲問題87

3.7.3　改善配氣機構(gòu)噪聲問題的措施方案89

3.8　正時鏈傳動噪聲的分析控制96

3.8.1　正時鏈傳動與正時同步帶傳動的性能比較97

3.8.2　正時鏈傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成99

3.8.3　 正時鏈傳動的不均勻性分析（多邊形效應(yīng)）102

3.8.4　正時鏈傳動系統(tǒng)的常見噪聲問題104

3.8.5　改善正時鏈傳動系統(tǒng)噪聲問題的措施方案107

3.9　正時同步帶傳動噪聲的分析控制112

3.9.1　正時同步帶傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成112

3.9.2　正時同步帶的振動特性分析116

3.9.3　正時同步帶傳動系統(tǒng)的常見噪聲問題118

3.9.4　改善正時同步帶傳動系統(tǒng)噪聲問題的措施方案122

3.10　發(fā)動機前端附件驅(qū)動系統(tǒng)噪聲的分析控制125

3.10.1　發(fā)動機前端附件驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成126

3.10.2　發(fā)動機前端附件驅(qū)動系統(tǒng)的振動特性分析131

3.10.3　多楔帶傳動的彈性滑動與打滑132

3.10.4　發(fā)動機前端附件驅(qū)動系統(tǒng)的常見噪聲問題134

3.10.5　改善發(fā)動機前端附件驅(qū)動系統(tǒng)噪聲問題的措施方案140

3.11　發(fā)動機噪聲的識別分析技術(shù)143

3.11.1　發(fā)動機噪聲識別方法的分類144

3.11.2　傳統(tǒng)的發(fā)動機噪聲識別方法145

3.11.3　基于信號處理技術(shù)的發(fā)動機噪聲識別方法150

3.11.4　基于聲學傳感器陣列的發(fā)動機噪聲識別方法156

3.11.5　基于智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的發(fā)動機噪聲識別方法159

第4章　廢氣渦輪增壓器系統(tǒng)的噪聲分析控制161

4.1　廢氣渦輪增壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成165

4.1.1　廢氣渦輪系統(tǒng)165

4.1.2　壓氣機系統(tǒng)167

4.1.3　中間軸承系統(tǒng)168

4.1.4　廢氣旁通閥系統(tǒng)169

4.1.5　進氣旁通閥系統(tǒng)169

4.1.6　中冷器170

4.2　廢氣渦輪增壓噪聲的分類171

4.3　喘振172

4.3.1　喘振的常見工況172

4.3.2　喘振的類型173

4.3.3　喘振的機理174

4.3.4　喘振的識別方法175

4.3.5　改善喘振問題的措施方案175

4.4　輕度喘振噪聲177

4.5　泄氣聲180

4.6　同步噪聲183

4.6.1　同步脈沖噪聲185

4.6.2　同步振動噪聲186

4.6.3　同步脈沖噪聲與同步振動噪聲的識別190

4.7　次同步噪聲191

4.7.1　軸承類型與油膜穩(wěn)定性191

4.7.2　次同步噪聲與油膜渦動193

4.7.3　徑向軸承浮環(huán)類型與油膜渦動195

4.7.4　改善次同步噪聲問題的措施方案196

4.8　次同步純音197

4.9　超同步脈沖噪聲198

4.10　高階諧次噪聲199

4.11　葉片通過頻率噪聲201

4.12　葉尖間隙氣動噪聲203

4.13　電鋸噪聲205

4.14　執(zhí)行器異響207

4.14.1　廢氣旁通閥執(zhí)行器的異響問題207

4.14.2　進氣旁通閥執(zhí)行器的異響問題208

第5章　進氣系統(tǒng)NVH開發(fā)與工程實踐210

5.1　基于整車的進氣系統(tǒng)NVH性能集成開發(fā)流程211

5.2　進氣系統(tǒng)的常見噪聲問題213

5.2.1　進氣系統(tǒng)的周期性壓力脈動噪聲213

5.2.2　進氣系統(tǒng)的湍流噪聲213

5.2.3　進氣系統(tǒng)的氣柱共振噪聲214

5.2.4　進氣系統(tǒng)的赫姆霍茲共振噪聲214

5.3　進氣系統(tǒng)NVH零部件的聲學特性分析214

5.3.1　空濾器的聲學特性設(shè)計 215

5.3.2　低頻諧振腔的聲學特性分析220

5.3.3　1/4波長管的聲學特性分析221

5.3.4　1/2波長管的聲學特性分析223

5.3.5　高頻諧振腔的聲學特性分析223

5.3.6　編織管的聲學特性分析226

5.4　進氣系統(tǒng)的聲增強技術(shù)227

5.4.1　進氣系統(tǒng)的聲傳導(dǎo)增強裝置228

5.4.2　進氣系統(tǒng)的電子模擬聲裝置230

第6章　排氣系統(tǒng)NVH開發(fā)與工程實踐231

6.1　排氣系統(tǒng)NVH開發(fā)概述231

6.1.1　排氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成231

6.1.2　排氣系統(tǒng)的主要功能和設(shè)計要點232

6.1.3　基于整車的排氣系統(tǒng)NVH性能集成開發(fā)流程介紹233

6.2　排氣系統(tǒng)消聲器的聲學特性分析237

6.2.1　排氣系統(tǒng)的阻性消聲器238

6.2.2　排氣系統(tǒng)的抗性消聲器239

6.2.3　排氣系統(tǒng)的復(fù)合阻抗式消聲器241

6.2.4　排氣系統(tǒng)的擴散式消聲器242

6.3　排氣系統(tǒng)的常見噪聲問題243

6.3.1　排氣系統(tǒng)的周期性壓力脈動噪聲244

6.3.2　排氣系統(tǒng)的管路駐波噪聲244

6.3.3　排氣系統(tǒng)的赫姆霍茲共振噪聲245

6.3.4　排氣系統(tǒng)的孔腔流激振蕩噪聲245

6.3.5　排氣系統(tǒng)的沖擊波噪聲247

6.3.6　排氣系統(tǒng)的氣流噪聲249

6.3.7　排氣系統(tǒng)的異響251

6.4　排氣系統(tǒng)的雙模式控制技術(shù)252

6.4.1　雙模式排氣系統(tǒng)的閥門裝置和驅(qū)動方式252

6.4.2　雙模式排氣系統(tǒng)的匹配開發(fā)要點253

第7章　燃油系統(tǒng)噪聲的分析控制255

7.1　發(fā)動機燃油系統(tǒng)噪聲控制的概述255

7.1.1　發(fā)動機燃油系統(tǒng)的組成255

7.1.2　發(fā)動機燃油系統(tǒng)的功能作用255

7.1.3　怠速工況的發(fā)動機高壓燃油噴射系統(tǒng)噪聲分析256

7.2　噴油器噪聲的分析控制257

7.2.1　噴油器的工作原理257

7.2.2　噴油器噪聲問題的現(xiàn)象機理258

7.2.3　改善噴油器噪聲問題的措施方案259

7.3　高壓油泵噪聲的分析控制261

7.3.1　高壓油泵的工作原理261

7.3.2　高壓油泵噪聲問題的現(xiàn)象機理262

7.3.3　改善高壓油泵噪聲問題的措施方案262

7.4　炭罐電磁閥噪聲的分析控制264

7.4.1　炭罐電磁閥的工作原理264

7.4.2　炭罐電磁閥噪聲問題的現(xiàn)象機理266

7.4.3　改善炭罐電磁閥噪聲問題的措施方案266

第8章　發(fā)動機NVH性能開發(fā)案例269

8.1　混合動力總成系統(tǒng)的發(fā)動機加速粗糙聲269

8.1.1　問題現(xiàn)象269

8.1.2　解決思路270

8.1.3　措施方案271

8.2　前端附件輪系傳動帶的橫向振動噪聲異響271

8.2.1　問題現(xiàn)象271

8.2.2　問題測試和排查分析272

8.2.3　曲軸轉(zhuǎn)動激勵的測試對比273

8.2.4　整車靜置狀態(tài)的附件傳動帶頻響特征測試274

8.2.5　措施方案275

8.3　BSG混合動力發(fā)動機的前端輪系傳動帶縱向振動控制與壓縮機嘯叫275

8.3.1　問題現(xiàn)象275

8.3.2　問題測試和排查分析276

8.3.3　潛在的機理分析278

8.3.4　解決思路280

8.3.5　措施方案281

8.4　急加速過程的節(jié)氣門嘯叫281

8.4.1　問題現(xiàn)象281

8.4.2　問題測試和排查分析282

8.4.3　潛在的機理分析283

8.4.4　措施方案284

8.5　不銹鋼排氣歧管的流致噪聲問題分析控制285

8.5.1　問題現(xiàn)象285

8.5.2　問題測試和排查分析285

8.5.3　潛在的機理分析287

8.5.4　排氣歧管的流致噪聲CFD仿真分析優(yōu)化287

8.5.5　措施方案288

8.6　怠速關(guān)空調(diào)工況燃油管路壓力脈動引起的車內(nèi)噪聲289

8.6.1　問題現(xiàn)象289

8.6.2　排查分析289

8.6.3　潛在的機理分析290

8.6.4　解決思路291

8.6.5　措施方案292

8.7　發(fā)動機凸輪軸直驅(qū)的旋片式機械真空泵噪聲問題分析優(yōu)化293

8.7.1　問題背景293

8.7.2　問題測試和排查分析293

8.7.3　機械真空泵脈動噪聲的傳遞路徑分析296

8.7.4　解決思路297

8.7.5　措施方案297

參考文獻299

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作者簡介

張軍，工學博士，畢業(yè)于上海交通大學機械設(shè)計與理論專業(yè)，正高級工程師，始終堅守在振動噪聲領(lǐng)域研究和車型產(chǎn)品NVH性能開發(fā)工作的第一線，擅長快速解決NVH領(lǐng)域的“疑難雜癥”，積極開展汽車NVH技術(shù)的基礎(chǔ)理論研究和流程體系建設(shè)，探索汽車NVH技術(shù)與智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的融合實踐，積極推動中國自主品牌汽車企業(yè)的NVH開發(fā)核心技術(shù)發(fā)展與NVH專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)，已發(fā)表學術(shù)論文140多篇申請專利40多項，兼任多所高校的研究生指導(dǎo)老師，兼任國內(nèi)外多個學術(shù)期刊的審稿人，現(xiàn)為賽力斯汽車有限公司資深NVH專家。

本書由機械工業(yè)出版社出版，本文經(jīng)出版方授權(quán)發(fā)布。