Source characteristics should be identified for predicting the acoustic performance of intake systems of the internal combustion engine. Source nature of a fluid machine is characterized by impedance and strength. It is reported that the direct method can be used for measuring the acoustic parameters of the engine intake system, but cannot be employed in the measurement of exhaust systems. Although the direct method would yield far better result than the indirect method, inaccurate results at firing frequencies are obtained due to the lower external excitation level than the engine scavenging sound. Then, the problem frequency data are appended by averaging the corresponding data at other test rpm conditions. In this study, an alternative method is looked for, in which the measurements at different valve positions under engine-off condition replaces the measurements at real engine-operating condition. The valve position is varied by rotating the crank shaft in a constant angular interval, then the source impedance at each valve position is measured and averaged. A comparison of acoustic impedance is made between two aforementioned conditions for a 4-cylinder engine. Except errors due mainly to a sparse measurement interval in valve positioning, the result shows that the overall trend of two conditions matches very well. This means that the source characteristics measured in the engine-off condition can be used for predicting the insertion loss or radiated sound pressure level of the engine intake system in the early design or development stage. In order to find out the parameters that determine the source impedance characteristic in the engine-off condition, the intake system of a 4-cylinder engine is simply modeled and simulated by using the transfer matrix concept in linear duct acoustic theory. By varying each length parameter and its combinations, one can figure out which parts affect what spectral components of the source impedance. It is thought that such a simulation method and the identification result would be very helpful for the development of an engine intake system at the design stage. This work is thought to be a first step to understand the generating mechanism of source impedance of an internal combustion engine and will be a good tool for further research in this area.
자동차 흡기계에서 발생하는 소음을 예측하여 소음기등의 성능 해석을 하기 위해서는 음원의 특성을 알아야 한다. 유체기계의 음원은 주로 임피던스와 강도로 특성화 되며 이는 측정을 통해 얻어진다. 그중 직접법을 사용하여 엔진 흡기계 음원의 특성을 측정할 때, 점화 주파수에서 높은 음압 레벨 때문에 부정확한 측정이 이루어 지고 있다. 이 문제점을 보완하기 위해 정지 상태의 엔진에 다양한 밸브의 위치를 적용하여 구동 상태의 밸브 조건을 구현하였다. 이 조건은 높은 음압을 발생하지 않으므로 측정에 있어 어려움은 없으나 구동 상태의 밸브 조건을 구현하는 것이 어렵다. 이에 밸브의 위치를 크랭크 축을 30도 간격만큼 완전히 2회전하여, 각각의 밸브 위치마다 임피던스를 측정하고 각각의 밸브 상태를 모두 포함시키기 위해 이 값들을 평균하였다. 단순 직관에서 방사되는 음압의 측정값을 이용하여 앞의 조건에서 얻어진 값과 기존의 구동 상태에서 측정된 음원 임피던스를 비교 검증하였다. 그 결과, 밸브의 움직임을 자세히 구현하지 못했기 때문에 특정 부분에서 다소 오차가 발생하는 부분도 있었지만 전체 적인 경향이 잘 맞고 있기 때문에 정지 상태에 밸브의 움직임을 적용한 음원 특성값은 구동상태에서 발생되는 문제점을 보완할 수 있는 타당한 값이라 할 수 있다. 더불어 엔진의 정지 상태에서 측정된 음원 임피던스 파형을 결정하는 인자를 알아보기 위해 흡기계의 형상을 단순화 시켜 모의 실험을 해보았다. 형상의 길이 변수를 변화시켜 모의 실험을 한 결과 음원 임피던스에 영향을 주는 인자를 찾을 수 있었고, 삽입손실과 같은 실제적인 값의 변화도 확인 할 수 있었다. 이렇게 구해진 음원 변수는 차량의 설계 단계에서 흡기계의 개발에 도움을 줄 수 있고 이런 본격적인 연구의 시발점이 될 수 있다.
