淺談某汽油車渦輪增壓器噪聲控制

陳樂強，殷金祥

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淺談某汽油車渦輪增壓器噪聲控制

陳樂強，殷金祥

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230022）

在節(jié)能減排的大背景下小排量汽油增壓車型越來越受國內各大主機廠及消費者追捧，伴隨著而來的增壓器噪聲問題不斷出現(xiàn)。文章針對某款汽油車型加速及急丟油門減速工況渦輪增壓器噪聲問題，分別對激勵源、主要傳遞路徑以及渦輪增壓器相關匹配參數(shù)進行了測試分析。得出渦輪增壓器匹配不佳、進出口管過于彎折等原因造成了進出氣流道湍流過大引起的高頻寬帶噪聲，而渦輪初段工作線裕度過?。拷窬€），又導致產生明顯的喘振。通過設計高頻消聲器、管路優(yōu)化、優(yōu)化節(jié)氣門的標定，渦輪增壓器噪聲得到有效的控制。

渦輪增壓器；喘振線；高頻消聲器

1 前言

由于增壓具有提高發(fā)動機動力性能、改善燃油經濟性、降低廢氣排放和實現(xiàn)高原功率補償?shù)葍?yōu)點。同時伴隨著國內外排放法規(guī)的日益嚴格，特別是對碳排放的限制，增壓技術已經成為內燃機技術發(fā)展的必然選擇，并且增壓壓比還有逐漸升高的趨勢[1]。

汽油渦輪增壓器葉輪的最高轉速可達250000rpm/min，且葉輪提速較快，其引起的噪聲問題往往是高頻寬帶的。

雖然渦輪增壓器的發(fā)明已有近百年，但在世界范圍內關于渦輪增壓器噪聲的研究卻剛剛起步，有些機理目前還不是十分清楚。同時對于已經進入實物階段車型的增壓器噪聲問題的處理由于受到種種限制，在制定方案方面有很大的局限性。所以本文主要介紹采用被動消聲及標定優(yōu)化的方式來控制增壓器噪聲以達到快速處理的效果。

2 加速工況渦輪增壓器噪聲問題及控制方案

2.1 加速工況渦輪增壓器噪聲問題簡介及傳遞路徑研究

加速工況發(fā)動機進氣原理簡圖如圖1所示，隨著發(fā)動機轉速提高排氣壓力建立，渦輪增壓器逐漸介入工作，增壓壓力也逐漸提高，可以達到1.8-2.0bar。增壓器在此工況下時常出現(xiàn)一種寬帶高頻的噪聲，頻率范圍在0-20KHz之間。產生此噪聲的主要原因是由于發(fā)動機對低速大扭矩的需求，壓氣機耗氣線過于臨近喘振區(qū)域，增壓空氣發(fā)生動蕩紊亂，如圖2所示。圖3為某款汽油車型加速工況車內噪聲FFT圖譜，通過濾波處理及回放對比，確認此工況增壓器噪聲頻段主要集中在4-8KHz之間。

傳遞路徑的研究及判斷對于方案制定具有重要的指導意義。通過對進氣管口屏蔽、管路隔聲覆蓋、增壓器殼體隔聲覆蓋等方式，對比分析加速工況車內噪聲FFT頻譜，最終判斷該噪聲主要通過增壓器進氣端管路的輻射影響車內。

圖1 加速工況進氣原理簡圖

圖2 增壓器進氣口管路CFD分析

圖3 WOT車內噪聲FFT圖譜

2.2 加速工況渦輪增壓器噪聲控制方案

目前使用的降低或消除加速工況增壓器噪聲的方法主要是使壓氣機耗氣線遠離喘振線或在管路中增加消聲器。由于使壓氣機耗氣線遠離喘振線往往十分困難，很難找到既滿足高速功率又滿足低速扭矩的壓氣機型號。降低扭矩在發(fā)動機設計開發(fā)階段不愿意見到的，而從增壓器本身結構改進，在發(fā)動機或整車進入實物階段已不太現(xiàn)實，所以增加消聲器是常用的一種手段。

通過將渦輪增壓器進氣口端直管長度控制在150mm以上、增加總容積0.92L的高頻消聲器，結構如圖4所示，同時提高葉輪動平衡性能，4-8KHz寬頻段噪聲(如圖5所示)下降3-8dB，主觀評價改善明顯。

圖4 高頻消聲器

圖5 優(yōu)化后WOT車內噪聲FFT圖譜

3 急丟油門減速工況渦輪增壓器喘振產生原因及控制方案

3.1 喘振噪聲的產生原因

圖6 丟油門減速工況進氣原理簡圖

圖7 急丟油門車內喘振噪聲FFT圖譜

丟油門減速工況的進氣原理簡圖如圖6所示，喘振為該工況下一種常見噪聲問題，產生機理也已較為明確。當油門踏板突然松開后，渦輪增壓器的壓氣機出口到節(jié)氣門之間會突然形成一個近似封閉的容積，而壓氣機中的葉輪由于旋轉慣性的作用，仍然將壓縮空氣向封閉的容積輸入，造成壓氣機出口壓力上升，通過壓氣機的空氣流量持續(xù)減少，實際壓氣機耗氣曲線向壓氣機MAP圖左側移動，直至穿過喘振線，導致喘振發(fā)生[2]。

圖7為急松油門車內噪聲FFT圖譜，喘振頻率在15KHz左右，且在0.5s內急劇變化，主觀感受非常不舒服。

3.2 喘振噪聲的產生原因

急丟油門減速工況壓氣機耗氣線穿過喘振線引起的喘振往往是由于電控數(shù)據(jù)標定不合理，再循環(huán)閥(RCE)打開不及時等原因造成的。對于設計驗證階段實車出現(xiàn)喘振問題的處理，由于各方面條件的限制，一直困擾著工程技術人員，此時重新選型已不太現(xiàn)實。通過調整個別工況電控標定數(shù)據(jù)或再循環(huán)閥(RCE)泄壓效率成為了不影響整車性能的最佳選擇。

再循環(huán)泄壓閥有機械和電控兩種，急丟油門減速時機械式是通過彈簧的伸縮實現(xiàn)閥門的on/off，電控式則是根據(jù)油門踏板位移傳感器傳遞的速率信號來控制閥門on/off，機械式在泄壓靈敏度和精度方面越不如電控式[3]。

圖8 優(yōu)化后車內喘振噪聲FFT圖譜

圖7即為機械泄壓式增壓器喘振噪聲圖譜，通過優(yōu)化標定將急丟油門節(jié)氣門關閉時間延遲0.1s、再循環(huán)泄壓閥彈簧剛度由2.68N/mm更改為0.5N/mm、長度由45mm變更為88mm，如圖8所示喘振段頻率噪聲降低了4-10dB，主觀評價改善明顯。

4 結束語

汽油渦輪增壓車型增壓器噪聲問題時常出現(xiàn)，雖然本文為解決問題提供了一些思路，但是實物階段問題一旦出現(xiàn)對策起來相對來說還是比較困難的。所以我們在增壓車型增壓器的選型及匹配時有些參數(shù)和條件需要給予控制，例如：

1）增壓器工作曲線建議預留15％以上的喘振裕度；

2）動平衡及脈動等指標的控制；

3）再循環(huán)泄壓裝置具備一定靈敏度和精度；

4）增壓器進出氣口端管路直管段長度需控制在150mm以上，出氣端管路越短越好；

5）增壓器盡量布置在離駕駛室遠的地方。

[1] Hans Rammal and Mats Abom，Acoustics of Tubochaigers[J],SEA Technical Paper Series 2007-01-2205.

[2] 王欽慶.幾種常見渦輪增壓器噪聲及其控制[J].內燃機與動力裝置I.C.E&Powerplan.2012.

[3] 周成堯,盧川,張愛明,周崢,劉石源.車用汽油機的增壓器方案設計[J].內燃機與配件.2011.

[4] 朱大鑫.渦輪增壓與渦輪增壓器[M].北京:國防工業(yè)出版社,1992.

[5] 王延生,黃佑生.車輛發(fā)動機廢氣渦輪增壓[M].北京:北京理工大學,2001.

Introduction of a gasoline vehicle turbocharger noise control

Chen Leqiang, Yin Jinxiang

（JAC AUTO R&D CO., LTD, Anhui Hefei 230022）

In the context of energy-saving and emission reduction, small-displacement gasoline turbocharged models are becoming increasingly popular with domestic OEMs and consumers, accompanied by the turbocharger noise problems to appear constantly. In this paper pointing against a gasoline vehicle turbocharger noise in acceleration and abruptly losing the throttle deceleration condition, respectively the excitation source, the main transfer path and turbocharger matching parameters were tested and analyzed. Concluded that poor turbocharger matching , inlet and outlet pipe is too bent due to high frequency broadband noise caused by the in and out of the air way too much turbulence. while the turbine initial work line margin is too small (close to the surge line), resulting in obvious surge. Through the design of high-frequency muffler, pipeline optimization, optimization of throttle calibration, get effective noise control of turbocharger.

turbocharger; Surge line; high frequency muffler

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1671-7988(2018)24-148-03

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陳樂強，男，（1985-），就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心NVH設計主管。殷金祥，男，（1973-），就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心NVH設計專家。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.053