基于降低增压器HISS噪声的进气系统优化方案研究

王博洋，张治国，赵世来，张爽



基于降低增压器HISS噪声的进气系统优化方案研究

王博洋，张治国，赵世来，张爽

（华晨汽车工程研究院动力总成设计处，辽宁 沈阳 110141）

增压器HISS噪声是涡轮增压发动机常见的噪声之一，为避免客户抱怨并改善用户驾乘体验，故针对进气系统展开一系列的研究工作。在进气系统管路上设计消声元件，优化增压器叶轮，并通过CAE分析和NVH测试，以验证方案的有效性。试验结果表明，所实施的优化方案能有效地降低增压器HISS噪声水平，对相关NVH问题的研究有一定的指导意义。

HISS噪声；进气系统；消声元件

前言

随着节能减排相关法规愈加严苛，涡轮增压技术应用越来越广泛。相对自然吸气发动机，增压发动机的应用提高了燃油经济性，但随之也带来了令人烦躁的各种噪声问题，其中进气系统HISS噪声是常见的噪声之一。

1 HISS噪声的产生

图1 增压发动机进气系统示意图

增压发动机工作时，空气由原始进气口进入空气滤清器，经由干净空气管提供给涡轮增压器压气机，压气机叶轮高速旋转搅动、挤压空气使之变成高压空气，高压空气经高压进气管、中冷器、节气门传送到发动机，如图1所示。在增压器压缩气体以及气体在管路中流动过程中都会产生气流噪声，该噪声听觉上很像“HISS”的发音，因此我们称之为HISS噪声。HISS噪声是一种宽频噪声，集中在800~5000Hz，主要通过原始进气口、增压器本体、中冷前高压进气管路管路向外辐射，通过空气传播到驾驶室，被用户所感知。

2 HISS噪声的测量

车辆由怠速开始全油门加速（简称WOT工况），发动机在1800~3000rpm范围内，驾驶室内能明显感受到HISS噪声。某汽车工程研究院通过多次试验已证实该噪声在高负荷、急加油门工况下最为明显，因为发动机负荷越大，增压器转速越高，增压器运行线越靠近喘振线，气流表面振动越大，因此噪声最明显。NVH测试通常在驾驶员右耳（DRE）、高压进气管（图2中中冷管）和原始进气口布置麦克风。

图2为某SUV进气系统初始方案HISS噪声测试结果频谱图，图中框线示意部分为驾驶员主观感受到的噪声频带，某研究院NVH评价人员对初始方案HISS噪声主观评价仅为5分（满分10分）。

图2 进气系统初始方案HISS噪声测试结果频谱图

3 进气系统优化

根据测试进气系统初始方案HISS噪声确定的频率范围和幅值来设计消声器，分别设计低压端宽频消声器和高压端消声器。开发过程中首先采用声学仿真方法对消声器进行声学优化，根据优化结果制作快速样件，测量快速样件的传递损失并进行声学调教（如图3）。传递损失公式如下：

其中P—声压，S—通道面积，不考虑管路共振（TL=0dB）。

如图4所示低压端消声器传递损失，经TL调音后达到设计目标，在600Hz左右的尖峰主要用于预留，在整车调音过程中有针对性的调节消声频率。右上角为低压端消声器3D模型。

图4 低压端消声器传递损失

如图5所示高压端消声器传递损失，经TL调音后达到设计目标，在600~1000Hz范围内的两个消声尖峰主要用于预留，在整车调音过程中有针对性的调节消声频率。右上角为高压端消声器3D模型。

图5 高压端消声器传递损失

最终进气管路优化方案定义为，低压端干净空气管串联一个7级多孔多狭缝混合宽频消声器（见图6），主要消除由低压管路和原始进气口辐射的噪声。高压进气管串联一个4级多孔消声器（见图7），主要消除由高压进气管辐射的噪声。优化增压器压叶轮，采用全机加叶轮，提高叶轮尺寸精度，降低叶片表面粗糙度，降低叶轮搅气过程中气体表面振动。

图6 进气系统低压端优化方案示意图

图7 进气系统高压端优化方案示意图

4 NVH测试

对于以上进气系统优化方案需要在整车进行背靠背试验，即用同一台车分别测试原始进气系统和优化后的进气系统噪声，对比分析方案有效性，并对优化方案进行主观评分。

按照第2节“HISS噪声的测量”所叙述的测试方法进行试验。如图8所示，原始进气口消声频率跨越700~5000Hz，达到预期效果。如图9所示，高压进气管噪声得到有效抑制。从图10驾驶员右耳测试结果来看，HISS噪声消失。如图11分析了驾驶员右耳声压级，可以看出噪声降低了5～6dB，显著降低了车内HISS噪声。优化后的HISS噪声主观评分达到7.5分，达到或超过市场主流竞品的NVH水平。

图8 原始进气口测试结果频谱图

图9 高压进气管测试结果频谱图

图10 驾驶员右耳测试结果频谱图

图11 驾驶员右耳测试结果声压级

5 结论

通过对原始进气系统方案下的HISS噪声进行测试和分析，确定HISS噪声的频率和传递路径，进而设计与之相匹配的消声器，可以有效地降低HISS噪声。

随着市场对增压发动机的需求，以及客户对NVH要求的不断提高，HISS噪声成为汽车制造厂迫切解决的问题，本文对解决该问题具有一定参考意义。

[1] 李慧彬,周江伟等.车用涡轮增压器噪声与振动机理和控制[M].北京:机械工业出版社,2012.

[2] CharlieTeng, SteveHomco. Investigationof Compressor Whoosh Noiseinautomotive Turbocharge[J].SAETechnicalPaper,2009(1).

[3] DominicEvans, AndrewWard. Minimizing Turbocharger Whoosh Noisefor Diesel Powertrains.SAETechnical Paper,2005(1).

Study On Optimization Of Intake System Based On Hiss Noise Reduction

Wang Boyang, Zhang Zhiguo, Zhao Shilai, Zhang Shuang

( Brilliance Auto R＆D Center Power Train Design section, Liaoning Shenyang 110141 )

The turbocharger HISS noise is one of the common noises of turbocharged engines. In order to avoid customers' complaints and improve user driving experience, a series of research work is carried out on the intake system. Design the sound attenuation element on the intake system, optimize the turbocharger impeller, and verify the effectiveness of the scheme through CAE analysis and NVH test. The experimental results show that the proposed optimization scheme can effectively reduce the HISS noise level, and has certain guiding significance to the research on the related NVH problems.

HISS noise; Intake system; Muffler

B

1671-7988(2018)24-97-03

U467

B

1671-7988(2018)24-97-03

U467

王博洋，就职于华晨汽车工程研究院，工程师，主要从事动力总成设计工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.034