增壓器Hiss噪聲及泄氣噪聲優化措施

顏偉，許濤，張增光

（安徽江淮汽車集團股份有限公司新技術研究院，安徽 合肥 230601）

增壓器Hiss噪聲及泄氣噪聲優化措施

顏偉，許濤，張增光

（安徽江淮汽車集團股份有限公司新技術研究院，安徽 合肥 230601）

文章針對某增壓機型存在的噪聲問題進行摸底測試，發現其存在的Hiss噪聲及泄氣噪聲的頻譜范圍較寬，約在1500Hz到20000Hz之間。為了進行消音，針對其噪聲頻率段，采用穿孔式與插入式相結合的高頻消聲器設計方案。然后制作樣件，并最終進行試驗驗證。結果顯示，該消聲器對于該機型存在的 hiss噪聲和泄氣噪聲有良好的消聲作用，無論是Hiss噪聲，還是泄氣噪聲都得到了明顯的衰減，改善效果明顯。

Hiss噪聲；泄氣噪聲；消聲器

前言

隨著增壓小型化的發展趨勢，增壓發動機正變得越來越普及普及，而增壓器隨之帶來的噪聲問題也正日益突出。增壓器最高轉速可達每分鐘30多萬轉，由于葉輪與氣流的相互作用，轉子的動不平衡以及浮環軸承的油膜震蕩等因素，使增壓器在運行過程中產生各種噪聲，這些噪聲會大大降低車內聲學品質，造成對駕駛員和乘客的噪聲干擾，所以對增壓器噪聲的控制是一件迫在眉睫的事情。

比較常見的增壓器噪聲主要包括：同步噪聲、次同步噪聲、BPF噪聲、Hiss噪聲以及泄氣噪聲等，隨著人們對于增壓器噪聲的研究逐漸加深，像同步噪聲、次同步噪聲、BPF噪聲等的解決方式基本掌握，而對于Hiss噪聲以及泄氣噪聲的理解還較少。本文將針對某增壓車型出現的Hiss噪聲和泄氣噪聲提出解決方案，設計高頻消聲器進行消聲。

1 Hiss噪聲及泄氣噪聲介紹

Hiss噪聲是一種常見的增壓器噪聲，主要發生在發動機油門瞬時加速，增壓器轉速在相對短的時間內快速提升的情況下。它的主要頻譜特征是頻帶較寬，出現的頻率可能在0-20000Hz的范圍內。

對于發動機而言，動力性，尤其是低速時的動力性一直是發動機追求的目標，而為了保證發動機在低速時獲得較高的動力性，則在低速時增壓器的運行曲線必然接近喘振線，則在發動機油門瞬時加速時，增壓器運行曲線會越過喘振線，從而發生瞬態喘振，此時產生的噪聲就是Hiss噪聲。總而言之，為了提高發動機的低速動力性，則增壓器低速時的運行曲線必然接近喘振線，從而在油門瞬時加速時，必然會產生Hiss噪聲。

泄氣噪聲也是一種寬頻噪聲，一般發生在發動機急松油門時，其頻率不超過20000Hz。

泄氣噪聲產生的機理：在車輛加速后，快速松開油門時，節氣門關閉，此時增壓后的氣體無法進入發動機。而壓氣機由于慣性作用，致使壓氣機至節氣門之間的氣體壓力持續增加。當氣體壓力值增大至限值時，放氣閥打開進行泄壓保護，此時高壓氣體快速通過放氣閥旁通管路時產生的氣流噪聲即是泄氣噪聲。

2 摸底測試

2.1 測試說明

本文針對某增壓車型（手動擋）進行摸底測試，重點評估進氣系統噪聲(包括壓前與壓后)對車內噪聲的影響(客觀數據與主觀評估相結合)。

根據前面的分析，Hiss噪聲主要發生在發動機油門瞬時加速，而泄氣噪聲主要發生在發動機急加油門后急松油門，因此，根據這兩種噪聲發生的最常見工況，定義本次測試的工況：

（1）3擋全負荷WOT加速至4000rpm(Run up)；

（2）2擋WOT 2000rpm松油門(Tip in/Tip out)。

2.2 測試結果

圖1所示的是3擋全負荷WOT加速至4000rpm工況時，在進氣口測試的噪聲頻譜。從圖中可以看到，在大約在1500Hz～18000Hz的寬頻范圍內出現了明顯的Hiss噪聲，而轉速范圍主要發生在2500rpm以內，2500rpm以上Hiss噪聲強度明顯減弱。

圖1 3擋全負荷WOT加速至4000rpm工況噪聲頻譜

圖2 2擋全油門至2000rpm松油門工況噪聲頻譜

圖2所示的則是2擋全油門加速至2000rpm，然后急松油門時測得的噪聲頻譜。從圖中可以看到，在大約1500Hz～20000Hz范圍內出現了明顯的泄氣噪聲頻譜。

從測試結果來看，Hiss噪聲及泄氣噪聲的頻譜范圍非常寬，最大幾乎達到20000Hz。為了消除Hiss噪聲以及泄氣噪聲的影響，必須在1500Hz～20000Hz范圍內進行消聲，即設計對應頻率段的高頻消聲器。

3 噪聲優化

3.1 高頻消聲器設計方案

針對前面摸底測試的結果，需要同時針對Hiss噪聲和泄氣噪聲的頻率段來設計相應的高頻消聲器。消聲器一般包括阻性消聲器和抗性消聲器。阻性消聲器由于要使用吸聲棉，其成本較高，防水、防油性能較差等因素，極少在發動機進氣系統中使用，而一般常用的是抗性消聲器。

抗性消聲器包括擴張式消聲器、插入式消聲器、穿孔式消聲器、波長管、赫爾姆茲消聲器等。其中波長管、赫爾姆茲消聲器只能消除單頻噪聲或者較窄頻帶的噪聲，而擴張式消聲器盡管消聲頻率相對較寬，但是主要用于中低頻消聲，因此，本文選擇插入式+穿孔式消聲器組合起來進行消聲。

為了在1500Hz-20000Hz的寬頻范圍了內實現消聲，本文設計了一個包含六個腔體的高頻消聲器，其中除腔體 3、4為穿孔式消聲器外，其余四個腔體均為插入式消聲器。具體結構圖如圖3所示。

圖3 高頻消聲器結構示意圖

3.2 高頻消聲器傳遞損失分析

在進行聲學計算時，首先利用Hypermesh軟件抽取模型的內表面，并進行網格劃分。

采用LMS.Virtual lab軟件聲學分析模塊，管道聲學對網格模型進行處理，定義空氣材質聲速設置為340m/s，流速設置為2m/s，密度為默認密度，空濾定義為多孔阻性材質。

圖4 高頻消聲器傳遞損失仿真結果

計算傳遞損失的模型，定義入口網格和輸入邊界，利用管道聲模態的理論對其進行傳遞損失計算。出口截面定義為無反射邊界，入口選擇聲模態邊界條件。

基于軟件的計算以及傳遞損失的測試，得到高頻消聲器的傳遞損失結果，如圖4所示。

由于計算頻率越高，誤差會放大，計算時間與規模會急劇增加，甚至算不動。目前傳遞損失試驗一般做到近6000Hz，而傳遞損失仿真計算，一般只要做到 8000Hz即可，更高頻段也會因為高次諧波起作用。

3.3 高頻消聲器試驗驗證

為驗證優化效果，根據設計方案制作快速成型件，然后裝車進行NVH測試。測試工況與摸底測試時相同。

圖5所示的是安裝高頻消聲器后，在3擋全負荷加速至4000rpm工況時，在進氣口測試的噪聲頻譜。從圖中可以看到，在大約在1500～18000Hz頻帶范圍內，Hiss噪聲明顯衰減，優化效果非常明顯。

圖5 3擋全負荷WOT加速至4000rpm工況噪聲頻譜（裝高頻消聲器）

圖6所示的則是安裝高頻消聲器后，發動機在2擋全油門加速至2000rpm，然后急松油門時測得的噪聲頻譜。從圖中可以看到，在大約1500Hz～20000Hz范圍內的泄氣噪聲也得到了明顯改善，說明高頻消聲器的設計達到了目的，滿足使用要求。

圖6 2擋全油門至2000rpm松油門工況噪聲頻譜（裝高頻消聲器）

4 結論

本文以某增壓機型為研究對象，針對其存在的噪聲問題進行摸底測試，發現該機型存在明顯的hiss噪聲和泄氣噪聲，然后針對其噪聲頻率段設計相應的高頻消聲器，根據設計方案制作樣件，并最終進行試驗驗證。結果顯示，該消聲器對于該機型存在的hiss噪聲和泄氣噪聲有良好的消聲作用，改善效果非常明顯。

[1] 陳家瑞. 汽車構造[M]. 北京:人民交通出版社. 2002,6.

[2] 王蒙蒙. 商用車Hiss噪聲優化[J]. 內燃機與配件,2016（7）.

[3] 王欽慶. 幾種常見渦輪增壓器噪聲及其控制[J]. 內燃機與動力裝置,2012（4）.

Optimization Measures on Hiss and Tip-out Noise from Turbocharger

Yan Wei, Xu Tao, Zhang Zengguang
( Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd, New Technology Research Institute, Anhui Hefei 230601 )

This paper focuses on the noise test of one turbo-charged engine and finds out that the frequency spectrum range of the existing Hiss Noise and Tip-out Noise is wide, between about 1500Hz and 20000Hz. In order to reduce the noise and considering the frequency section, a muffler combined with both perforation and insertion is proposed. The prototype is made and then tested. The results show that the muffler can obviously decrease the noise. Either the hiss noise or the tip-out noise has been weakened significantly.

Hiss Noise; Tip-out Noise; Muffler

U467.4+93

A

1671-7988 (2017)21-169-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.21.058

CLC NO.: U467.4+93

A

1671-7988 (2017)21-169-03

顏偉，就職于安徽江淮汽車股份有限公司新技術研究院。