浅谈某汽油车涡轮增压器噪声控制

陈乐强，殷金祥



浅谈某汽油车涡轮增压器噪声控制

陈乐强，殷金祥

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230022）

在节能减排的大背景下小排量汽油增压车型越来越受国内各大主机厂及消费者追捧，伴随着而来的增压器噪声问题不断出现。文章针对某款汽油车型加速及急丢油门减速工况涡轮增压器噪声问题，分别对激励源、主要传递路径以及涡轮增压器相关匹配参数进行了测试分析。得出涡轮增压器匹配不佳、进出口管过于弯折等原因造成了进出气流道湍流过大引起的高频宽带噪声，而涡轮初段工作线裕度过小（靠近喘振线），又导致产生明显的喘振。通过设计高频消声器、管路优化、优化节气门的标定，涡轮增压器噪声得到有效的控制。

涡轮增压器；喘振线；高频消声器

1 前言

由于增压具有提高发动机动力性能、改善燃油经济性、降低废气排放和实现高原功率补偿等优点。同时伴随着国内外排放法规的日益严格，特别是对碳排放的限制，增压技术已经成为内燃机技术发展的必然选择，并且增压压比还有逐渐升高的趋势[1]。

汽油涡轮增压器叶轮的最高转速可达250000rpm/min，且叶轮提速较快，其引起的噪声问题往往是高频宽带的。

虽然涡轮增压器的发明已有近百年，但在世界范围内关于涡轮增压器噪声的研究却刚刚起步，有些机理目前还不是十分清楚。同时对于已经进入实物阶段车型的增压器噪声问题的处理由于受到种种限制，在制定方案方面有很大的局限性。所以本文主要介绍采用被动消声及标定优化的方式来控制增压器噪声以达到快速处理的效果。

2 加速工况涡轮增压器噪声问题及控制方案

2.1 加速工况涡轮增压器噪声问题简介及传递路径研究

加速工况发动机进气原理简图如图1所示，随着发动机转速提高排气压力建立，涡轮增压器逐渐介入工作，增压压力也逐渐提高，可以达到1.8-2.0bar。增压器在此工况下时常出现一种宽带高频的噪声，频率范围在0-20KHz之间。产生此噪声的主要原因是由于发动机对低速大扭矩的需求，压气机耗气线过于临近喘振区域，增压空气发生动荡紊乱，如图2所示。图3为某款汽油车型加速工况车内噪声FFT图谱，通过滤波处理及回放对比，确认此工况增压器噪声频段主要集中在4-8KHz之间。

传递路径的研究及判断对于方案制定具有重要的指导意义。通过对进气管口屏蔽、管路隔声覆盖、增压器壳体隔声覆盖等方式，对比分析加速工况车内噪声FFT频谱，最终判断该噪声主要通过增压器进气端管路的辐射影响车内。

图1 加速工况进气原理简图

图2 增压器进气口管路CFD分析

图3 WOT车内噪声FFT图谱

2.2 加速工况涡轮增压器噪声控制方案

目前使用的降低或消除加速工况增压器噪声的方法主要是使压气机耗气线远离喘振线或在管路中增加消声器。由于使压气机耗气线远离喘振线往往十分困难，很难找到既满足高速功率又满足低速扭矩的压气机型号。降低扭矩在发动机设计开发阶段不愿意见到的，而从增压器本身结构改进，在发动机或整车进入实物阶段已不太现实，所以增加消声器是常用的一种手段。

通过将涡轮增压器进气口端直管长度控制在150mm以上、增加总容积0.92L的高频消声器，结构如图4所示，同时提高叶轮动平衡性能，4-8KHz宽频段噪声(如图5所示)下降3-8dB，主观评价改善明显。

图4 高频消声器

图5 优化后WOT车内噪声FFT图谱

3 急丢油门减速工况涡轮增压器喘振产生原因及控制方案

3.1 喘振噪声的产生原因

图6 丢油门减速工况进气原理简图

图7 急丢油门车内喘振噪声FFT图谱

丢油门减速工况的进气原理简图如图6所示，喘振为该工况下一种常见噪声问题，产生机理也已较为明确。当油门踏板突然松开后，涡轮增压器的压气机出口到节气门之间会突然形成一个近似封闭的容积，而压气机中的叶轮由于旋转惯性的作用，仍然将压缩空气向封闭的容积输入，造成压气机出口压力上升，通过压气机的空气流量持续减少，实际压气机耗气曲线向压气机MAP图左侧移动，直至穿过喘振线，导致喘振发生[2]。

图7为急松油门车内噪声FFT图谱，喘振频率在15KHz左右，且在0.5s内急剧变化，主观感受非常不舒服。

3.2 喘振噪声的产生原因

急丢油门减速工况压气机耗气线穿过喘振线引起的喘振往往是由于电控数据标定不合理，再循环阀(RCE)打开不及时等原因造成的。对于设计验证阶段实车出现喘振问题的处理，由于各方面条件的限制，一直困扰着工程技术人员，此时重新选型已不太现实。通过调整个别工况电控标定数据或再循环阀(RCE)泄压效率成为了不影响整车性能的最佳选择。

再循环泄压阀有机械和电控两种，急丢油门减速时机械式是通过弹簧的伸缩实现阀门的on/off，电控式则是根据油门踏板位移传感器传递的速率信号来控制阀门on/off，机械式在泄压灵敏度和精度方面越不如电控式[3]。

图8 优化后车内喘振噪声FFT图谱

图7即为机械泄压式增压器喘振噪声图谱，通过优化标定将急丢油门节气门关闭时间延迟0.1s、再循环泄压阀弹簧刚度由2.68N/mm更改为0.5N/mm、长度由45mm变更为88mm，如图8所示喘振段频率噪声降低了4-10dB，主观评价改善明显。

4 结束语

汽油涡轮增压车型增压器噪声问题时常出现，虽然本文为解决问题提供了一些思路，但是实物阶段问题一旦出现对策起来相对来说还是比较困难的。所以我们在增压车型增压器的选型及匹配时有些参数和条件需要给予控制，例如：

1）增压器工作曲线建议预留15％以上的喘振裕度；

2）动平衡及脉动等指标的控制；

3）再循环泄压装置具备一定灵敏度和精度；

4）增压器进出气口端管路直管段长度需控制在150mm以上，出气端管路越短越好；

5）增压器尽量布置在离驾驶室远的地方。

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

[2] 王钦庆.几种常见涡轮增压器噪声及其控制[J].内燃机与动力装置I.C.E&Powerplan.2012.

[3] 周成尧,卢川,张爱明,周峥,刘石源.车用汽油机的增压器方案设计[J].内燃机与配件.2011.

[4] 朱大鑫.涡轮增压与涡轮增压器[M].北京:国防工业出版社,1992.

[5] 王延生,黄佑生.车辆发动机废气涡轮增压[M].北京:北京理工大学,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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U467

陈乐强，男，（1985-），就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心NVH设计主管。殷金祥，男，（1973-），就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心NVH设计专家。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.053