某进气歧管支架NVH优化及分析

欧力郡，胡必谦，陆荣荣，范习民

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

前言

近年来，随着汽车的广泛普及和更新换代的速度越来越快，消费者对整车的舒适性有了越来越高的要求。NVH作为衡量汽车制造质量的一个综合性问题，给汽车用户的感受是最直接的。如何降低发动机的NVH，从而改善整车的舒适性，成为各大整车厂及零部件企业越来越关注的问题。

我们自主研发的某柴油发动机噪声测试中发现，在小负荷加速时，1300-1550Hz 范围内进气侧存在比较强烈的共振噪声，为进气歧管支架共振产生的辐射噪声。为降低其共振辐射噪声，对进气歧管支架进行优化，并对相应的优化方案进行分析评估，以优化该支架的NVH性能。如图1所示。

图1 进气侧1300-1550HZ范围内存在共振噪声

1 进气歧管支架模态分析

1.1 进气歧管支架简介

本文涉及的进气歧管支架为厚度为 3mm的冲压件，安装在一款纵置直列四缸柴油机上。该支架一端固定在发动机缸体上，另一端支撑在进气歧管上，从下方对进气歧管及EGR总成进行支撑。

如图2所示。

图2 进气歧管支架连接结构

1.2 分析输入及边界

模态计算分析输入如表1所示。计算的边界条件的施加与工程实际是否吻合，直接影响到分析结果的正确性和合理性。本次施加的条件如下：约束进气歧管支架与缸体连接处以及进气歧管与缸盖接触面的三向平动自由度。

表1 进气歧管支架分析输入

1.3 分析结果

用Hypermesh对模型进行网格划分，经过原支架系统的约束模态频率计算可知，该进气歧管支架的前2阶局部模态频率分别为1353.7 Hz和1597.6Hz，如图3、图4所示。较接近噪声测试结果。

图3 一阶模态1353.7Hz

图4 二阶模态1597.6Hz

根据约束模态频率计算进气歧管支架的位移和应变能云图可知，支架前两阶局部共振都发生在支架支撑腿分岔稍上区域，如图5，图6所示。

图5 一阶模态位移和应变能云图

图6 二阶模态位移和应变能云图

2 进气歧管支架结构优化

2.1 支架结构改进方案

为了改善进气歧管支架的共振辐射噪声，根据上述约束模态频率技术分析，提出了两个改进方案，详述如下。

方案一：基于原 3mm厚度的进气歧管支架上，在一阶及二阶模态变形较大的地方增加两条加强筋，见图7。

图7 方案一：厚度3mm，增加加强筋

方案二：将原有进气歧管支架的板材厚度由 3mm增厚到4mm，并在变形较大的地方增加两条加强筋，见图8。

图8 方案二：厚度4mm，增加加强筋

2.2 支架结构改进方案分析

根据约束模态频率计算可知，方案一在进气歧管支架增加两条加强筋后，支架的前二阶局部模态频率分别为1521Hz和1951Hz，相比原支架有一定幅度的提升，但还是没有能够规避掉1550Hz的共振频率。如图9。

图9 方案一的前二阶实际约束模态

根据约束模态频率计算的位移和应变能云图可知，优化支架的加强区域基本接近应变能集中区域。见图10。

对方案二进行分析，根据约束模态频率计算可知，进气歧管支架增加两条加强筋且厚度增厚到 4mm后，支架的前二阶局部模态频率分别为 1647.1Hz和 2014.7Hz，相比原状态及方案一都有较大幅度的提升，基本能够规避掉 1550Hz的共振频率。如图11。

图10 方案一的前二阶模态位移和应变能云图

图11 方案二的前二阶实际约束模态

根据约束模态频率计算的位移和应变能云图可知，优化支架的加强区域基本接近应变能集中区域。且相比方案一，进气歧管支架增厚后，整体刚度得到增强。如图12。

图12 方案二的前二阶模态位移和应变能云图

两种方案对比如表2。

表2 各状态局部模态频率对比

如表 2，进气歧管支架初始状态时，一阶模态频率和二阶模态频率分别为1353.7Hz和1597.6Hz，在小负荷加速时，产生比较强烈的共振噪声。方案一增加加强筋后，支架的前两阶模态频率得到提高，但仍避不开 1550Hz共振范围。使用方案二增加加强筋并增加支架厚度后，支架的一阶模态频率及二阶模态频率进一步提升，避开了1550Hz的共振频率。

另外，根据发动机最大点火频率公式：

式中，n为发动机转速，r/min；z为发动机缸数；T为发动机冲程数。支架所安装的发动机为直列4缸4冲程柴油机，额定转速为4000r/min，由式（1）可知，fFmax=134Hz。

根据模态频率评价标准，该支架的一阶自由模态频率应大于1.4倍最大转速下的点火频率值，即应大于187.6Hz。计算了各状态支架的，结果如表 3，即该支架原状态及各方案下的一阶自由模态频率都满足设计要求。

表3 各状态自由模态频率

综合以上结果，各方案的1阶自由模态频率都满足设计要求，但方案二更能满足降低1300-1550Hz 范围内的进气歧管共振辐射噪声的需求。

3 结语

通过对进气歧管支架进行模态分析及优化，得到以下结论：

（1）通过对进气歧管支架结构进行优化，使其前二阶局部模态频率得到提高，避开共振频率范围。

（2）增加加强筋和增加厚度是提高冲压类零部件模态频率的两种有效方法。加强筋的位置应选择在零部件应变能集中区域。当增加加强筋后仍无法满足要求时，应适当增加冲压件厚度。

（3）通过模态计算，可以准确的找到零部件的薄弱位置，并进行针对性的优化，缩短了零部件的开发周期，提高了效率。