浅谈进气系统whoosh声优化方法

张发家

摘要：通过利用优化进气系统声学性能方法改善涡轮增压发动机车型的进气whoosh噪声问题。采用车辆试驾主观评价及客观数据采集等形式，对比优化传递路径、改变壳体噪声辐射及改善气流紊流优化噪声源等方案，得出对进气whoosh噪声问题解决方案的优劣势。本篇主要从四种方案对进气whoosh声优化方案验证对比。

关键词：whoosh声;涡轮增压器;传递损失;进气系统

0  引言

发动机涡轮增压器由于工作工况的复杂性会带来各种各样的振动噪声问题。其中，进气whoosh噪声是比较常见的涡轮增压器NVH问题之一，通过进气系统的进气口辐射至大气中，进而传递到驾驶舱内，乘员能够较明显的感受到whoosh噪声。传统进气系统的声学设计无法满足现代涡轮增压发动机的要求，需要针对性的对进气系统进行声学设计优化。

1  问题描述

1.1 问题现象

某款装备涡轮增压发动机的SUV在瞬时猛踩油门，增压器转速在相对短时间内快速提升，乘员在车内能够明显听到 “嘶嘶”的气流声，这种噪声使乘坐人员感到厌烦，严重影响到汽车的乘坐舒适性与车辆品质。该噪声根据color map图分析测试结果及实车验证，排查确定为涡轮增压器的whoosh噪声。

1.2 机理分析

进气whoosh噪声出现的条件是增压器高压比，小流量，在气体流量偏小时，叶片扩张器内和进口处气流与璧面分离引起喘振，压气机叶片气体分离产生紊流噪声（气流声）。因此，新设计的增压发动机中，压气机与发动机匹配运行线低速逐渐靠近surge区域，高速逐渐靠近choke区域。匹配运行线靠近微喘振区域[1]，进气会在压气机叶片背面产生漩涡分流，产生宽频湍流噪声，这种现象称为微喘振现象。如果匹配运行线进入喘振区域，则会出现严重喘振，也会产生宽频湍流噪声，该增压器噪声称为whoosh噪声。

2  评价标准

主观评价打分采用10分标准，分值含义如表1。

3  方案验证

方案验证是在工装件样车状态的车辆下开展，经检查前舱以及驾驶室隔声棉包裹密封严实，无漏气。最大程度降低整车风噪、轮胎噪声对测试结果的影响。

3.1 空气滤清器进气管优化方案对比

通过制作四种不同形式的空滤器进气管，详细方案如下：①两端PP注塑管中间聚酯PET管;②在方案1的基础上减小进气管口尺寸;③整体PP注塑管（底面局部穿孔内壁贴敷吸音棉）;④整体PP注塑管（带谐振腔）。

经过实车测试显示：方案1、2测试效果相当，但均优于方案3、4，说明聚酯PET管对进气口噪声优化有较明显效果，同时聚酯PET管价格相对较高，在低成本车上应用较少;方案3优于方案4，说明增加吸音棉对进气口噪声有一定改善，纯PP注塑管带谐振腔效果相对较差，但成本上优势明显。

综上结果，进气管采用聚酯PET管、进气管贴附吸音棉两种方案对进气口噪声效果改善均有较好作用，谐振腔仅针对特定频率段有较好效果。

3.2 采用吸音棉包裹进气系统管路

通过车辆在三挡大油门急加速存在进气whoosh声，频率为（3700-7000）Hz，主观评价进气whoosh声为5.5-分，通过用吸音棉对进气管路进行包裹，进气whoosh声主观评价为6-分，提升0.5分左右，包裹吸音棉的方案对优化whoosh声有一定改善，但该方案难以实现产品工程化，仅进行测试验证该方案对whoosh噪声贡献。

3.3 提高进气系统消声元件传递损失值

传递损失[3]没有包括声源和管道终结端的声学特性，它只与自身的结构有关。在评价单个消音元件的消音效果或者初步评估系统的消音性能时，通常用传递损失。传递损失是评价消音元件消音效果最简单的一种方法。一般而言，传递损失值越高越好，该项验证采用同批次发动机，但不同项目进气系统方案进行验证的，方案一在（1800～4400）Hz以后进气系统消声元件传递损失值在（10-30）dB（A）之间，详细如图1所示，方案二在（1800～4400）Hz以后进气系统消声元件传递损失值（32-58）dB（A）之间，详细如图2所示，方案二传递损失值明显得高于方案一。

实车测试对比发现，采用方案一车辆主观评价进气whoosh声为5.5-分，更换进气系统传递损失值高的方案后，實车主观评价分值为6+分，提升幅度较大，达到可以接受的状态。

3.4 发动机增压器结构优化

原车型基础上更换带whoosh槽的发动机增压器，whoosh槽的结构如图3所示，通过在增压器进气口端新开whoosh槽打乱此处气流湍流，降低气流湍流能量，从而达到优化进气whoosh声的效果。

通过实车测试对比，更换带whoosh槽的增压器，车辆进气whoosh声主观评价可提升0.5+分，且表现稳定，详细测试结果如图4所示。

4  总结

综上四种方案，得出如下结论：

①提高进气系统传递损失值及发动机增压器增加whoosh槽结构方案效果优于吸音棉包裹进气管道及改善空滤器进气管方案;

②当进气系统方案锁定后提高传递损失值不易实现，需要在设计之初进行全面评估及分析，尽可能提高进气系统传递损失值，保证进气系统NVH性能;

③优化增压器结构效果良好，且一致性容易控制，也证明解决问题需要从源头解决，且可以取得事半功倍的效果。

参考文献：

[1]李世伟.进气系统压气机whoosh噪声优化[M].上海汽车， 2018，04.

[2]宋文强.汽车商品性主观评价方法[M].汽车工程师，2018，12.

[3]庞剑.汽车噪声与振动：理论与应用[M].北京理工大学出版社，2006，03.