渦輪增壓器電子泄壓閥沖擊噪聲控制研究

韋玲玲

畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)車輛工程專業(yè)，本科學(xué)歷?，F(xiàn)就職于上汽通用五菱汽車股份有限公司，任NVH測試工程師，主要從事動力底盤NVH性能管控及樣車NVH調(diào)教工作。

摘" 要：本文針對某增壓車型加速急收油門工況增壓器電子泄壓閥執(zhí)行異響產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行研究，通過控制系統(tǒng)軟硬件匹配提出了解決方案，通過實(shí)驗(yàn)對比該方案可令該異響在車內(nèi)的響應(yīng)大大改善，提高了汽車駕駛艙內(nèi)聲品質(zhì)。

關(guān)鍵詞：渦輪增壓器;二極管;電子泄壓閥;沖擊噪聲

中圖分類號：TB535" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號：1005-2550（2022）04-0022-04

Study on Impact Noise Control of Electronic Pressure Relief Valve of Turbocharger

WEI Ling-ling， ZHAO Yi-fan， LIANG Ying， CHANG Guang-bao， WANG Tian-xiu

（SAIC-GM-Wuling Automobile CO.， Ltd， Liuzhou 545007， China）

Abstract： In this paper， the mechanism of abnormal sound produced by electronic pressure relief valve of supercharger under acceleration and throttle throttle condition of a supercharged vehicle is studied， and a solution is put forward through the hardware and software of the control system. Through experiments and comparison， the response of the abnormal sound in the car can be greatly improved， and the sound quality in the cockpit of the car is improved.

Key" Words： Turbocharger; Diode; Electronic Pressure Relief Valve; Impact Noise

近幾年，隨著中國汽車市場的迅速增長，在能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)壓力下，促進(jìn)了渦輪增壓器行業(yè)的迅速發(fā)展。渦輪增壓器作為一種高效、節(jié)能、科技含量高的環(huán)保型產(chǎn)品，一直受到市場的重點(diǎn)關(guān)注;隨著政策法規(guī)對節(jié)能減排的要求越來越高，小排量、高效率的發(fā)動機(jī)越來越受到市場的青睞;與之相對應(yīng)的渦輪增壓系統(tǒng)也逐漸成為高動力需求汽油機(jī)不可或缺的配置，渦輪增壓器可以全面改善發(fā)動機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性以及排放指標(biāo)等綜合性能，給發(fā)動機(jī)注入強(qiáng)勁動力。

隨著汽車行業(yè)的日益發(fā)展，人們對汽車的需求不再僅僅局限于動力性、經(jīng)濟(jì)型的滿足，對NVH性能的重視程度日趨凸顯。作為未來發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)配置的渦輪增壓系統(tǒng)更是NVH問題多的重災(zāi)區(qū)，其常見的NVH問題主要包括同步噪聲、次同步噪聲、BPF噪聲、Hiss噪聲、喘振、電磁閥沖擊音等，因此增壓車型增壓器的噪聲控制一直是大家研究的重點(diǎn)之一。國外對渦輪增壓器的研究起步較早，其科研工作者在增壓器轉(zhuǎn)子動力學(xué)、軸承設(shè)計(jì)、油膜失穩(wěn)機(jī)理、流道設(shè)計(jì)、流體分析等方面進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究[1-5]，取得了豐富的科研成果。國內(nèi)對增壓器的研究起步較晚，主要針對增壓器動力學(xué)、軸承設(shè)計(jì)、流場計(jì)算及匹配工作進(jìn)行了研究[6-9]。這些研究極大程度上提高了增壓器的理論分析能力，但針對增壓器電磁閥沖擊音的研究工作卻鮮有開展。

本文針對某款渦輪增壓車型產(chǎn)生的增壓器電子泄壓閥沖擊噪聲問題，深入研究電磁閥沖擊噪聲產(chǎn)生的機(jī)理。通過對二極管的應(yīng)用，有效的降低電磁閥閥門落座的速度，減少電磁閥對壓氣機(jī)本體的撞擊力，進(jìn)而從源頭有效的改善電磁閥閥門落座的撞擊音。結(jié)果表明，在電磁線圈兩端反向并聯(lián)二極管可以顯著改善車內(nèi)電磁閥撞擊音的水平。

1" " 電磁閥沖擊噪聲的產(chǎn)生機(jī)理

渦輪增壓發(fā)動機(jī)在較高發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行時快速松油門，節(jié)氣門接近完全關(guān)閉，發(fā)動機(jī)的空氣流量也會隨之驟減，而增壓器轉(zhuǎn)子由于慣性還在高速運(yùn)轉(zhuǎn)，保持高的壓比，會使增壓器運(yùn)行進(jìn)入喘振區(qū)，發(fā)生喘振，喘振會產(chǎn)生強(qiáng)烈的噪聲和振動，會損壞增壓器。而在車輛需要加速時，節(jié)氣門開啟，同時希望增壓器盡快升至工作轉(zhuǎn)速，因此通過閾值控制增壓器后管路壓力。

通常會在增壓器的壓氣側(cè)采用泄壓閥，當(dāng)增壓壓力與進(jìn)氣壓力之間的差別太大時，泄壓閥打開，增壓空氣通過閥門回到壓氣機(jī)前，降低增壓壓力，從而防止喘振的發(fā)生?，F(xiàn)有的增壓器泄壓閥有氣動結(jié)構(gòu)和電磁閥結(jié)構(gòu)，兩者相比，電磁閥結(jié)構(gòu)響應(yīng)更迅速、工作更穩(wěn)當(dāng)和可靠。某渦輪增壓車型的增壓器空氣再循環(huán)電磁閥安裝在壓氣機(jī)殼體上，如圖1所示：

某增壓車型增壓器電子泄壓閥默認(rèn)的位置是“打開”狀態(tài)，當(dāng)車輛加速時，需要立刻把電子泄壓閥關(guān)閉，讓所有空氣進(jìn)入壓氣機(jī)進(jìn)行增壓，當(dāng)松油門或者減速時，電子泄壓閥會立刻開啟，增壓的氣體會通過閥門回到壓氣機(jī)前，避免喘振的發(fā)生。但是當(dāng)車輛定置或者行駛過程中頻繁的松踩油門時，電磁閥閥門會不停的開啟與關(guān)閉，閥門會不停的撞擊壓氣機(jī)殼體，從而產(chǎn)生電磁閥的撞擊音，撞擊音傳遞至駕駛倉內(nèi)，易引起駕乘人員抱怨。如圖2所示：

2" "電磁閥工作原理

電磁閥由電磁線圈、閥體和彈簧等組成，根據(jù)發(fā)動機(jī)不同工況，ECU改變輸送到電磁線圈脈沖信號的占空比，控制電磁鐵驅(qū)動電源的通斷，進(jìn)而控制閥的開閉。電磁閥的驅(qū)動機(jī)構(gòu)為鐵芯及纏繞在鐵芯上的線圈組成的電磁鐵，簡化電路如圖3所示：

通電時，電磁鐵產(chǎn)生恒定的磁場，閥體被吸附，離開閥座，電磁閥打開。斷電時，電磁鐵不能構(gòu)成回路，電流會迅速變?yōu)榱?，根?jù)電磁感應(yīng)定律，線圈中變化的電流會產(chǎn)生變化的磁場，當(dāng)磁場變化時，附近的導(dǎo)體即線圈會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其方向符合法拉第定律和楞次定律，與原先加在線圈兩端的電壓正好相反，這個電壓就是反電動勢，如圖4所示。

反電動勢計(jì)算公式如下，從公式中可以看出，電流變化率越大，則反電動勢越高。

（1）

式中：E為反電動勢;I為變化的電流，t為變化的時間。

在斷電瞬間，如此高的反電動勢會擊穿開關(guān)觸點(diǎn)，快速釋放電磁線圈儲存的能量。如圖5所示，在電源斷開時，電磁鐵瞬間失去磁力，閥體迅速被彈簧拉力牽引回位，造成閥體快速撞擊閥座，傳遞到壓氣機(jī)殼體。

3" " 二極管在電磁閥中的應(yīng)用

當(dāng)電磁線圈兩端反向并聯(lián)二極管，電感線圈斷電時其兩端的電動勢并不會立即消失，此時殘余電動勢通過一個二極管釋放，線圈的反電動勢能量就會轉(zhuǎn)化成焦耳熱消耗掉，二極管在電磁閥中的應(yīng)用如圖6所示：

電磁閥使用二極管，電源斷開后，線圈電流會隨時間緩慢衰減，如圖7所示，故電磁鐵磁場也緩慢衰減，電磁力與回位彈簧拉力超過平衡點(diǎn)后，閥體逐漸回位，從而降低閥門的落座力，減少對壓氣機(jī)殼體的撞擊。

4" " 電磁閥撞擊音的噪聲控制

4.1" "問題描述

某增壓車型在進(jìn)行主觀評價時，發(fā)現(xiàn)在車輛怠速工況或低速行駛工況，松踩油門時會出現(xiàn)“咚”的一聲撞擊音，不能接受。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，聲音是從增壓器空氣循環(huán)電磁閥位置傳出。定量測量怠速時不斷松踩油門工況，在“咚”撞擊音發(fā)生瞬間壓氣機(jī)殼體的振動最大達(dá)到了630m/s2，車內(nèi)駕駛室聲音為58.5dB（A），如圖8、圖9所示。

4.2" "對策內(nèi)容說明

如前面理論分析，在電磁線圈兩端反向并聯(lián)二極管，可以降低閥門對閥體的撞擊速度，從而降低對壓氣機(jī)殼體的撞擊力，對策如圖10所示。

4.3" "效果確認(rèn)

導(dǎo)入二極管對策后，主觀評價電磁閥沖擊噪聲改善明顯，達(dá)到較好水平。定量測量壓氣機(jī)殼體振動最大為125m/s2，駕駛室聲音為47dB（A），如圖11、圖12所示。改善明顯，判斷為可接受水平。

5" " 結(jié)語

本文以某增壓車型加速急加油門工況增壓器噪聲為研究對象，對增壓器電子泄壓閥沖擊噪聲的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了分析，給出了從源頭控制電磁閥撞擊音的基本方法和思路。主觀及客觀數(shù)據(jù)的結(jié)果表明，二極管對閥門落座的速度具有很好的抑制作用，大大提高了汽車駕駛艙內(nèi)聲品質(zhì)，為解決類似工程問題提供了新的方向。

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專家推薦語

康潤程

襄陽達(dá)安汽車檢測中心有限公司

NVH專業(yè)副總師" 研究員級高級工程師

本文針對某款渦輪增壓車型產(chǎn)生的增壓器電子泄壓閥沖擊噪聲問題，深入研究了電磁閥沖擊噪聲產(chǎn)生的機(jī)理。通過對二極管的應(yīng)用，有效降低電磁閥閥門落座的速度，減少電磁閥對壓氣機(jī)本體的撞擊力，進(jìn)而從源頭有效的改善電磁閥閥門落座的撞擊音。實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果表明：在電磁線圈兩端反向并聯(lián)二極管可以顯著改善車內(nèi)電磁閥撞擊音的水平，可令該異響在車內(nèi)的響應(yīng)大大改善，提高了汽車駕駛艙內(nèi)聲品質(zhì)。

全文結(jié)構(gòu)完整，論點(diǎn)明確、理論正確、論據(jù)有效、邏輯性強(qiáng)、可讀性強(qiáng)。有創(chuàng)新和一定的學(xué)術(shù)水平，有較好的實(shí)際應(yīng)用價值。