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摘 要：汽车是现代十分常见的交通工具，其给人们的生活带来了巨大便利，但同时也造成了一些困扰，例如噪声问题。汽车在运行当中，其进气系统或其他机组的运行，必然会因为部件运动而出现一些声响，这些声响的分贝普遍不高，但在长时间影响下依旧会给驾驶者造成不良体验，所以在现代汽车系统设计当中十分提倡消声元件的运用。本文为了了解消声元件在汽车进气系统设计中的运用，将展开相关分析工作。
关键词：消声元件;汽车进气系统设计;运用
1 引言
汽车进气系统在运行过程当中会因为气体流动而出现振动，而这些振动现象就会造成噪声问题，那么在早期汽车进气系统设计当中，因为受限于当时技术水平，许多设计人员并没有考虑到噪声的影响，使得此项问题一直延续到近代，但随着科技水平的发展，为了更好的给驾驶者提供良好体验，相关研究针对汽车进气系统噪声问题进行了分析，并提出了消声元件的应用，理论上该元件可以有效降低噪声。
2 汽车进气系统结构与噪声来源
系统结构分为三部分，即空滤进气管、空气滤清器、空滤出气管，各部分功能见下文。
2.1 空滤进气管
空滤进气管是汽车进气系统的最外部部分，其主要起到引进气流的功能。在常规设计当中，关于空滤进气管的设计要求，主要考虑到进气速率、排除进气阻碍因素，一般会要求空滤进气管整体平直，且内侧表面没有杂物，同时会将空滤进气管设置在安装范围的高处，但与汽车散热器、发动机等具有高热量设备较远的位置，此举主要是为了避免雨水进入空滤进气管、避免温度对空滤进气管进气效率的影响[1]。
2.2 空气滤清器
空气滤清器主要与汽车发动机的节气门相互连接，当进气完成之后，将会通过空气滤清器对气体进行过滤，以免杂物进入发动机，对于汽车行驶的安全性有一定的帮助。此外，在近代汽车噪声消声设计当中，许多设计单位会采用扩张式消声器作为空气滤清器的主要形式，从结果上来看，其具有良好表现[2]。
2.3 空滤出气管
在空滤出气管的设计要求当中，介于发动机运行时产生的高频振动现象容易引起空气滤清器位移的问题，一般空滤出气管都会采用橡胶管材料、波纹结构来进行设计，通过材料与结构的特点来抵消振动力。
其次围绕上述分析内容，汽车进气系统的噪声来源一般在于空滤进气管、空滤出气管两个部分，即两者在运行过程当中所产生的振动以及气流流动都会造成声响，而因为空滤进气管、空滤出气管并不像空气滤清器一样具有消声功能，所以会出现噪声，因此在后续设计当中，本文将着重对空滤进气管、空滤出气管消声元件设计进行分析。
3 汽车进气系统常见消声元件以及声学原理
在现代技术背景下，通过相关开发工作已经得出了很多可以用于汽车进气系统消声的元件，例如赫尔姆兹消音器、四分之一波长管，本文为了充分确认具体效果，将对赫尔姆兹消音器、四分之一波长管的声学原理进行分析。
3.1 赫尔姆兹消音器声学原理
结合相关分析得知，在赫尔姆兹消音器条件下，如果声波进入到其消声容器当中，其会将所有声波中与噪声频率不符的声波反射出去，而部分与噪声频率相符的声波将会被保留再容器内部进行振动消能作用，此时就完成了消声。此外，结合早期对赫尔姆兹消音器的研究理论得知，此类消声器针对的噪声频率一般为底频，通过共振原理来实现消声（赫尔姆兹消音器共振频率表达式见公式（1）），同时其消声过程当中还存在传递损失问题（赫尔姆兹消音器传递损失计算方法见公式（2）），这两项条件将决定赫尔姆兹消音器的消声能效。
上述两个公式当中V代表消声容器容积;f代表共振频率;lc代表连接管长度;Sc代表连接管截面积;Sm代表主管截面积;c代表实际声速。那么通过两个公式说明，在赫尔姆兹消音器的设计应用当中，需要重点控制V消声容器容积、lc连接管长度、Sc连接管截面积、Sm主管截面积四个部分，否则会导致赫尔姆兹消音器能效下降。
3.2 四分之一波长管声学原理
针对四分之一波长管，首先结合相关理论得知，其一端主要安装于汽车进气系统的主管道上，另一端则封闭，所以该管道是一个具有良好密封性的管道，在应用当中当声波通过主管道进入密封管道内，会与封闭端接触形成声波反射，反射后声波会沿着相反方向回到主管道，此时介于主管道中的声波与反射声波之间频率相同，接触后就会相互抵消，即实现了消声目的。公式（3）为四分之一波长管的共振频率表达式;公式（4）为四分之一波长管的传递损失。
上述兩个公式当中L代表波长管的长度;m代表波长管截面积与主管截面积之比;n代表1、2、3等整数。那么在公式（3）计算当中可见，四分之一波长管的频率只与管长度有关，即管道长度越大，频率越低;在公式（4）计算当中可见，四分之一波长管传递损失参数与管长度、波长管截面积与主管截面积之比相关。
4 汽车进气系统消声元件设计
4.1 设计基础
为了了解消声元件对汽车进气系统噪声的消声能效，本文将进行相关的设计工作，但为了确保设计工作实践性，将选择常规车型作为设计基础。本文所选车型在加速噪声测试当中显示，其进气系统的4阶、6阶是主要噪声来源，并对汽车的NVH性能造成了影响，所以有必要进行消声设计。
4.2 设计条件以及设计结果
介于赫尔姆兹消音器、四分之一波长管在消声性能上的不同表现，在设计工作当中不能随意将两类消声元件安置，需要针对噪声实际条件来进行确认。测试结果显示，当汽车发动机转速达3300时，4阶噪声峰值频率达到了220赫斯、6阶噪声峰值频率达到了330赫斯，所以在设计工作当中，赫尔姆兹消音器、四分之一波长管必须具备消除220赫斯、330赫斯的能效，那么围绕两者能效差距，针对4阶噪声主要采用赫尔姆兹消音器、针对6阶噪声主要采用四分之一波长管来进行设计。
同时为了确保消声元件的能效不受干扰，本文参考相关理论了解到消声元件设计的基本要求，即空气流动要求、温度要求。空气流动要求方面，因为空气与声波会同时进入消声元件当中，那么在空气的介入的条件下，会因为阻力而导致元件内部的气流体压力上涨，此时当元件局部气流体压力与周边压力存在较大误差时，不但无法保障消声效果，还会制造较大的噪声，所以在设计当中本文充分考虑了空气流通体积，对元件管道口径进行了调整，以规避了此类问题;温度要求方面，因为汽车运行过程当中其其他组件容易出现高温现象，那么在高温影响下可能会导致消声元件受到温度腐蚀，相应无法保障元件能效，同时介于机械振动与气流的碰撞，也行形成相应噪声，所以在本文设计当中，尽可能的将消声元件设置在远离高温的位置上[3]。
4.3 测试
针对本文设计系统进行了相关测试工作，首先对赫姆霍兹消音器噪声测试，测试结果见图1，其次对四分之一波长管进行测试。综合结果显示，本文赫姆霍兹消音器可以将原105分贝噪声降低至92分贝;四分之一波长管可以将原107分贝噪声降低至93分贝，说明本文设计系统有效。
5 结语
本文主要对消声元件在汽车进气系统设计中的运用进行了分析，通过分析得到结论：早期汽车进气系统存在噪声问题，其噪声源来自于空滤进气管、空滤出气管;针对空滤进气管、空滤出气管，本文采用赫姆霍兹消音器、四分之一波长管元件进行了设计工作，并对设计结果进行了测试，结果显示有效。
参考文献：
[1]岳贵平，卢炳武，刘英杰，et al.发动机进气系统声学性能优化设计技术研究[J].汽车技术，2014（2）：1-4.
[2]郭凯，李世伟，杨洋，et al.发动机进气系统声学优化设计[J].上海汽车，2015（7）：24-28.
[3]李志远，刘涛，刘淑军.涡轮增压发动机泄压噪声的进气系统优化设计[J].上海汽车，2015（8）：14-17.