渦輪增壓器壓氣機(jī)泄壓閥泄氣噪聲優(yōu)化

錢超

摘 要：為優(yōu)化某自動(dòng)擋車型在急加速急收油門工況下渦輪增壓器壓氣機(jī)泄氣噪聲問題，對(duì)泄壓閥工作原理進(jìn)行研究，并通過NVH測(cè)試設(shè)備采集問題工況下的噪聲數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，確認(rèn)噪聲為壓氣機(jī)泄壓閥泄壓過程中高壓氣體快速通過放氣旁通流道時(shí)產(chǎn)生的氣流聲。然后，制定了縮短泄壓閥行程及節(jié)氣門緩關(guān)標(biāo)定的優(yōu)化方案，并制作樣件和更新標(biāo)定程序，搭載整車進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示：縮短泄壓閥行程及節(jié)氣門緩關(guān)標(biāo)定的優(yōu)化方案能有效改善壓氣機(jī)泄氣噪聲的問題。關(guān)鍵詞：渦輪增壓器;泄氣噪聲;泄壓閥行程;節(jié)氣門緩關(guān)中圖分類號(hào)：U464.135? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）01-126-03

Abstract： In order to optimize the rush noise of a turbocharger compressor under the condition of rapid acceleration and rapid throttle collection， the working principle of the by-pass valve is studied. The noise datas are collected and analyzed by the NVH test equipment under the condition of this issue. It is confirmed that the noise is the rapid passage of high pressure gas during the relief process of the compressor by-pass valve， the airflow sound produces in the air bypass channel. Then， the optimization scheme for shortening the stroke of by-pass valve and calibration of slowly closing throttle is formulated， and the sample and updated calibration procedure are made to match the vehicle for verification. The results show that the optimization scheme of shortening the stroke of by-pass valve and calibration of slowly closing throttle can effectively improve the issue of compressor rush noise.Keywords： Turbocharger; Rush Noise; By-pass Valve Travel; Slowly Closing ThrottleCLC NO.： U464.135? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）01-126-03

引言

渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用在為汽車帶來較好的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、高轉(zhuǎn)速、高增壓比等特性，不同的工況下會(huì)帶來不同的NVH問題[1]。其中，駕駛員在行車過程中急加速急收油門的工況也較為常見，該工況下節(jié)氣門開度迅速減小，壓氣機(jī)在慣性作用下繼續(xù)壓縮空氣，氣流慣性會(huì)對(duì)節(jié)氣門體和壓氣機(jī)葉片進(jìn)行沖擊，在該工況下由ECM控制的電控泄壓閥會(huì)及時(shí)打開，將高壓氣體從壓氣機(jī)后排入壓氣機(jī)前，減少高壓氣體在節(jié)氣門和壓氣機(jī)之間管路的震蕩，起到保護(hù)節(jié)氣門和壓氣機(jī)葉片的作用，其示意如圖1所示。但是，在泄壓閥泄氣的過程中會(huì)產(chǎn)生其他問題，嚴(yán)重影響客戶駕駛感受的泄氣噪聲就是其中之一。

針對(duì)泄壓閥泄氣噪聲優(yōu)化問題的研究主要集中于在進(jìn)氣系統(tǒng)加裝一個(gè)或多個(gè)消聲器等元件對(duì)泄氣噪聲進(jìn)行吸聲[2-7];王鵬等通過更改泄壓閥彈簧剛度，使泄壓閥及時(shí)開啟，優(yōu)化泄壓噪聲[8];李志遠(yuǎn)等在增壓器后管路上設(shè)計(jì)中高頻消聲器的同時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋上設(shè)計(jì)吸聲棉提升發(fā)動(dòng)機(jī)艙的吸、隔聲能力，綜合改善泄氣噪音[9]。本文基于泄壓閥泄氣噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，從泄壓閥行程和節(jié)氣門關(guān)閉策略方面研究噪音優(yōu)化問題，具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1 泄氣噪聲產(chǎn)生的機(jī)理

1.1 泄壓閥的結(jié)構(gòu)和工作原理

如圖2（a）所示，電控泄壓閥的是由閥芯、閥體、安裝法蘭及線束接插件等部件組成，如圖2（b）所示，閥芯長(zhǎng)度為L(zhǎng)，直徑為D，通常（無需泄壓）情況下，電控泄壓閥處于斷電狀態(tài)，閥芯處于最長(zhǎng)狀態(tài)L;通電情況下閥體內(nèi)線圈通電會(huì)將帶有電磁鐵的閥芯吸合，閥芯長(zhǎng)度會(huì)縮短為L(zhǎng)，即閥芯的行程為K=L-L，在K的行程下閥芯封閉的壓氣機(jī)壓殼通道被打開，即可完成泄壓過程。

1.2 泄氣噪聲產(chǎn)生的原因

急加速急收油門工況下，電控泄壓閥接收ECM指令并通電，通電情況下電控泄壓閥閥芯縮短，泄壓通道被打開，壓氣機(jī)壓縮后的高壓氣體迅速通過泄壓通道排入壓氣機(jī)前，高速的氣流會(huì)產(chǎn)生泄壓噪音，同時(shí)由于節(jié)氣門開度迅速減小，引起氣體流量（壓力）的波動(dòng)，在管路內(nèi)形成噪音。

2 泄氣噪聲試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)工況

本次測(cè)試工況采用路試，模擬AVL Drive工況，使用手動(dòng)擋鎖擋模式的M3擋位，加速過程油門踏板開度為100%，工況如圖3所示：

（1）M3擋位，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?000rpm全油門加速至2000rpm急松油門;

（2）M3擋位，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?500rpm全油門加速至2500rpm急松油門;

（3）M3擋位，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?000rpm全油門加速至3000rpm急松油門。

2.2 噪聲測(cè)試結(jié)果

本次測(cè)試主要測(cè)試增壓器近場(chǎng)聲音，在近增壓器壓氣機(jī)處布置了麥克風(fēng)，測(cè)量噪聲頻譜圖。3種測(cè)試工況下，測(cè)試車輛3擋全油門加速至2500rpm急松油門的噪聲最為明顯，其頻譜圖如圖4所示，圖上的4條豎線即為連續(xù)4次急加速急松油門工況下的測(cè)試結(jié)果。同時(shí)，測(cè)試車輛在急加速后急松油門工況下，駕駛艙內(nèi)能明顯感覺到增壓器的泄氣噪音，主觀評(píng)估為不可接受。

3 泄氣噪聲優(yōu)化方案及驗(yàn)證

3.1 泄壓閥行程優(yōu)化

泄氣噪音的產(chǎn)生與增壓器泄壓閥泄壓速度緊密相關(guān)，基于此研究了一種減緩泄壓閥泄壓速度的方案—縮短閥芯行程K。閥芯行程縮短后，泄壓通道開口減小，壓氣機(jī)壓后高壓氣體向壓前泄壓的速度減慢，但如果泄壓通道過小，泄壓噪聲會(huì)得到惡化。最后，通過制作5組不同行程的增壓器樣件，裝車后整車路試評(píng)估，確定了最優(yōu)泄壓行程的渦輪增壓器。

3.2 節(jié)氣門緩關(guān)策略

泄氣噪音的產(chǎn)生與增壓器增壓壓力也緊密相關(guān)，基于此研究了一種降低泄壓壓力的方案—節(jié)氣門緩關(guān)策略。節(jié)氣門緩關(guān)后，壓后高壓氣體會(huì)通過節(jié)氣門繼續(xù)進(jìn)入進(jìn)氣歧管，部分壓力得到釋放，氣流和氣壓波動(dòng)的現(xiàn)象將得到緩解，從而會(huì)進(jìn)一步改善泄氣噪音。圖5所示即為節(jié)氣門標(biāo)定更改前后增壓相關(guān)數(shù)據(jù)變化，圖中豎直虛線時(shí)刻為Tip out時(shí)刻，標(biāo)定更改前，節(jié)氣門開度迅速降低，空氣流量和增壓壓力呈現(xiàn)出大幅波動(dòng);標(biāo)定更改后，節(jié)氣門前空氣流量和增壓壓力迅速降低，不再呈現(xiàn)大幅波動(dòng)的情況。通過整車路試評(píng)估，節(jié)氣門標(biāo)定更改后的泄氣噪音得到優(yōu)化。

4 結(jié)論

針對(duì)該自動(dòng)擋車型在急加速急收油門工況下渦輪增壓器

壓氣機(jī)泄氣噪聲問題：1）適當(dāng)縮短增壓器泄壓閥行程，減緩了泄壓閥的放氣速度，能有效改善壓氣機(jī)泄氣噪音。2）節(jié)氣門緩關(guān)的標(biāo)定策略，使得節(jié)氣門前空氣流量和增壓壓力迅速降低，不再呈現(xiàn)大幅波動(dòng)的情況，有利于噪音改善。

總之，綜合運(yùn)用上述兩個(gè)方案能有效改善車輛在急加速急收油門工況下渦輪增壓器壓氣機(jī)泄氣噪聲。

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