某汽油機(jī)渦輪增壓器廢氣旁通閥噪聲優(yōu)化

侯亦波，許濤，陸榮榮，胡宏德

?

某汽油機(jī)渦輪增壓器廢氣旁通閥噪聲優(yōu)化

侯亦波，許濤，陸榮榮，胡宏德

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

為解決整車(chē)急加速過(guò)程中渦輪增壓器部位產(chǎn)生的“嘶啦”異響，采用LMS Test Lab軟件在整車(chē)上進(jìn)行了測(cè)試。根據(jù)測(cè)試結(jié)果，同時(shí)結(jié)合經(jīng)驗(yàn)通過(guò)排除法診斷，確定產(chǎn)生異響的部位為渦輪增壓器廢氣旁通閥處，經(jīng)分析主要因?yàn)殚y門(mén)與閥座的間隙較大，整車(chē)在急加速過(guò)程中，廢氣旁通閥門(mén)在執(zhí)行器入口及發(fā)動(dòng)機(jī)排氣壓力脈動(dòng)的作用下，閥門(mén)抖動(dòng)偏大產(chǎn)生敲擊聲，通過(guò)優(yōu)化閥門(mén)與閥座之間的間隙，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證能有效消除異響。

增壓器；廢氣旁通閥；異響；噪聲

1 前言

為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能、環(huán)保、安全的各項(xiàng)政策及法規(guī)要求，目前越來(lái)越多的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)采用渦輪增壓器，渦輪增壓器在提高發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，也帶來(lái)了一些噪聲及振動(dòng)方面的困擾，隨著消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)舒適性要求越來(lái)越高，開(kāi)發(fā)高性能低噪聲的發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)成了各主機(jī)廠(chǎng)追求的目標(biāo)。

對(duì)于增壓發(fā)動(dòng)機(jī)而言，增壓器的噪聲是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要噪聲源，比較典型的有次同步噪聲、同步噪聲、BPF噪聲、廢氣旁通閥噪聲等多種噪聲，而每種噪聲產(chǎn)生的機(jī)理都不同，因此相應(yīng)的降噪措施也不同。本文研究的是某汽油機(jī)渦輪增壓器廢氣旁通閥噪聲，對(duì)其噪聲產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，并進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化，最終進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

2 現(xiàn)狀分析

圖1 噪聲頻譜

某汽油增壓車(chē)型在NVH測(cè)試評(píng)價(jià)過(guò)程中，反饋在駕駛室能夠聽(tīng)到“嘶啦”異響，主要工況為2檔或3檔全油門(mén)急加速至3000rpm過(guò)程中，采用LMS Test Lab軟件在整車(chē)上進(jìn)行了測(cè)試，通過(guò)頻譜分析，異響能量主要集中在3000Hz～11000Hz。

3 原因分析

通過(guò)頻譜可以看出此噪聲為寬頻噪聲，通過(guò)排除的方法，同時(shí)結(jié)合增壓器不同噪聲頻譜的特點(diǎn)，可以較容易排除增壓器次同步噪聲、同步噪聲、BPF噪聲等典型噪聲，結(jié)合主觀聽(tīng)到的噪聲特點(diǎn)，可以初步判斷為增壓器廢氣旁通閥噪聲。

廢氣旁通閥噪聲產(chǎn)生的主要機(jī)理是：整車(chē)在急加速過(guò)程中，廢氣旁通閥門(mén)在執(zhí)行器入口及發(fā)動(dòng)機(jī)排氣壓力脈動(dòng)的作用下，閥門(mén)抖動(dòng)偏大產(chǎn)生敲擊聲，從而發(fā)出“嘶啦”異響；如果2所示，對(duì)于4缸4沖程發(fā)動(dòng)機(jī)，曲軸每旋轉(zhuǎn)1圈，分別有2個(gè)缸先后進(jìn)行排氣，排氣形成壓力脈動(dòng)，當(dāng)整車(chē)標(biāo)定控制放氣閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，脈動(dòng)氣體通過(guò)閥口，由于閥門(mén)與閥座之間設(shè)計(jì)存在間隙(為了保證閥門(mén)關(guān)閉后的密閉性)，脈動(dòng)氣體沖擊閥門(mén)并與閥座之間形成敲擊，此處敲擊主要受發(fā)動(dòng)機(jī)排氣二階控制。

放氣閥門(mén)的開(kāi)閉量是通過(guò)PWM閥占空比信號(hào)調(diào)節(jié)氣體壓力大小，實(shí)現(xiàn)不同的對(duì)彈簧壓緊力而帶動(dòng)連軸曲柄旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)，PWM信號(hào)采用高/低電平計(jì)算有效值來(lái)控制三通閥的位置，高/低電平間的轉(zhuǎn)換會(huì)造成執(zhí)行器壓力的脈動(dòng)，從而使彈簧、連軸曲柄振動(dòng)，連軸曲柄的振動(dòng)會(huì)造成閥門(mén)與閥座之間形成敲擊，此處敲擊主要受PWM頻率控制，高/低電平占比和頻率對(duì)脈沖強(qiáng)弱有很大關(guān)系。

圖2 廢氣旁通閥控制原理圖

目前此噪聲較為成熟的解決方案是在壓力源上加個(gè)穩(wěn)壓腔，以減少?gòu)椈?、連軸曲柄的振動(dòng)，因?yàn)榇朔桨篙^為容易驗(yàn)證，所以針對(duì)此方案進(jìn)行了驗(yàn)證，經(jīng)驗(yàn)證增壓器廢氣旁通閥“嘶啦”異響消失，也進(jìn)一步驗(yàn)證了噪音源判斷正確，由于穩(wěn)壓腔體積較大，目前整車(chē)布置空間有限，所以加穩(wěn)壓腔的方案雖可行，但很難實(shí)施，需要另外采取新的解決方案。

4 方案制定及驗(yàn)證

4.1 方案制定

通過(guò)以上分析，可以看出影響廢氣旁通閥噪聲的主要原因有以下三點(diǎn)：

→四缸發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣脈沖導(dǎo)致閥門(mén)與閥座產(chǎn)生振動(dòng)敲擊；

→PWM閥控制的壓力源存在壓力脈動(dòng)導(dǎo)致閥門(mén)與閥座產(chǎn)生振動(dòng)敲擊；

→閥門(mén)與閥座之間的間隙設(shè)計(jì)不合理，易產(chǎn)生較明顯的振動(dòng)噪聲。

針對(duì)以上三點(diǎn)，第一點(diǎn)是發(fā)動(dòng)機(jī)工作產(chǎn)生的壓力脈沖，是由發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理決定的，目前沒(méi)有有效的措施消除；第二點(diǎn)可以通過(guò)增加穩(wěn)壓腔的方案解決壓力源脈動(dòng)的問(wèn)題，此方案確實(shí)能夠有效消除此噪聲，但此方案在已量產(chǎn)的車(chē)上沒(méi)有足夠的空間布置，目前只能針對(duì)第三點(diǎn)制定相應(yīng)的優(yōu)化方案，閥門(mén)與閥座原始的設(shè)計(jì)間隙為0.7mm±0.2mm，通過(guò)競(jìng)品對(duì)比分析，此設(shè)計(jì)間隙偏大，易產(chǎn)生較明顯的振動(dòng)敲擊噪聲，需優(yōu)化閥門(mén)與閥座之間的間隙，結(jié)合增壓器廠(chǎng)家的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)及競(jìng)品數(shù)據(jù)，將閥門(mén)與閥座之間的間隙設(shè)計(jì)為0.4mm±0.1mm較為合理。

圖3 廢氣旁通閥閥門(mén)與閥座

4.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

優(yōu)化樣件到件后首先進(jìn)行整車(chē)NVH測(cè)試，測(cè)試工況為2檔及3檔全油門(mén)急加速至3000rpm，此工況的噪聲最明顯。從測(cè)試結(jié)果來(lái)看（如圖4所示），優(yōu)化方案噪聲相比原狀態(tài)下降了5-20dB（A），主觀評(píng)價(jià)也較好，增壓器廢氣旁通閥“嘶啦”異響消失。

圖4 噪聲頻譜對(duì)比圖

5 結(jié)論

隨著國(guó)家節(jié)能、環(huán)保法規(guī)的日益趨嚴(yán)，小排量汽油渦輪增壓技術(shù)將成為以后的主流技術(shù)，能進(jìn)一步提升發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性，但渦輪增壓技術(shù)在給人們帶來(lái)澎湃動(dòng)力的同時(shí)，其產(chǎn)生的各種噪聲也是困擾渦輪增壓器設(shè)計(jì)人員的難題。從本文的研究結(jié)果來(lái)看，影響廢氣旁通閥噪聲的因素有多種，解決措施也有多種，但設(shè)計(jì)合理的閥門(mén)與閥座間隙是解決廢氣旁通閥噪聲最有效的措施，具有成本低、周期短、作用明顯的特點(diǎn)，所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要重點(diǎn)把握。

[1] 陳家瑞.汽車(chē)構(gòu)造[M].北京:人民交通出版社.2002,6.

[2] 楊景玲等.發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器異響產(chǎn)生機(jī)理及解決方法研究[J].內(nèi)燃機(jī)工程,2014（6）.

Optimization of Exhaust Gas Bypass Valve of Turbo Charger of some Gasoline Engine

Hou Yibo, Xu Tao, Lu Rongrong, Hu Hongde

( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601 )

To solve the abnormal sound of turbo charger occured during rapid accelerating, the LMS Test Lab Software is used to test on the vehicle. It is confirmed that the noise is at the exhaust gas bypass valve according the test results and experience. The cause can be analyzed as the gap between valve and valve seat. During rapid accelerating, combining the actuator inlet and engine exhaust pressure pulsation, the vibration of valve is greater and knock noise occurs. After optimizing the gap between valve and valve seat, the abnormal noise can be eliminated effectively.

Turbo Charger; Exhaust Gas Bypass Valve; Abnormal Sound; Noise

B

1671-7988(2018)24-61-02

U467

B

1671-7988(2018)24-61-02

U467

侯亦波，就職于安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.020