基于降低增壓器HISS噪聲的進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化方案研究

王博洋，張治國(guó)，趙世來(lái)，張爽

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基于降低增壓器HISS噪聲的進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化方案研究

王博洋，張治國(guó)，趙世來(lái)，張爽

（華晨汽車工程研究院動(dòng)力總成設(shè)計(jì)處，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

增壓器HISS噪聲是渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)常見(jiàn)的噪聲之一，為避免客戶抱怨并改善用戶駕乘體驗(yàn)，故針對(duì)進(jìn)氣系統(tǒng)展開(kāi)一系列的研究工作。在進(jìn)氣系統(tǒng)管路上設(shè)計(jì)消聲元件，優(yōu)化增壓器葉輪，并通過(guò)CAE分析和NVH測(cè)試，以驗(yàn)證方案的有效性。試驗(yàn)結(jié)果表明，所實(shí)施的優(yōu)化方案能有效地降低增壓器HISS噪聲水平，對(duì)相關(guān)NVH問(wèn)題的研究有一定的指導(dǎo)意義。

HISS噪聲；進(jìn)氣系統(tǒng)；消聲元件

前言

隨著節(jié)能減排相關(guān)法規(guī)愈加嚴(yán)苛，渦輪增壓技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。相對(duì)自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)，增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用提高了燃油經(jīng)濟(jì)性，但隨之也帶來(lái)了令人煩躁的各種噪聲問(wèn)題，其中進(jìn)氣系統(tǒng)HISS噪聲是常見(jiàn)的噪聲之一。

1 HISS噪聲的產(chǎn)生

圖1 增壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)示意圖

增壓發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，空氣由原始進(jìn)氣口進(jìn)入空氣濾清器，經(jīng)由干凈空氣管提供給渦輪增壓器壓氣機(jī)，壓氣機(jī)葉輪高速旋轉(zhuǎn)攪動(dòng)、擠壓空氣使之變成高壓空氣，高壓空氣經(jīng)高壓進(jìn)氣管、中冷器、節(jié)氣門傳送到發(fā)動(dòng)機(jī)，如圖1所示。在增壓器壓縮氣體以及氣體在管路中流動(dòng)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生氣流噪聲，該噪聲聽(tīng)覺(jué)上很像“HISS”的發(fā)音，因此我們稱之為HISS噪聲。HISS噪聲是一種寬頻噪聲，集中在800~5000Hz，主要通過(guò)原始進(jìn)氣口、增壓器本體、中冷前高壓進(jìn)氣管路管路向外輻射，通過(guò)空氣傳播到駕駛室，被用戶所感知。

2 HISS噪聲的測(cè)量

車輛由怠速開(kāi)始全油門加速（簡(jiǎn)稱WOT工況），發(fā)動(dòng)機(jī)在1800~3000rpm范圍內(nèi)，駕駛室內(nèi)能明顯感受到HISS噪聲。某汽車工程研究院通過(guò)多次試驗(yàn)已證實(shí)該噪聲在高負(fù)荷、急加油門工況下最為明顯，因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷越大，增壓器轉(zhuǎn)速越高，增壓器運(yùn)行線越靠近喘振線，氣流表面振動(dòng)越大，因此噪聲最明顯。NVH測(cè)試通常在駕駛員右耳（DRE）、高壓進(jìn)氣管（圖2中中冷管）和原始進(jìn)氣口布置麥克風(fēng)。

圖2為某SUV進(jìn)氣系統(tǒng)初始方案HISS噪聲測(cè)試結(jié)果頻譜圖，圖中框線示意部分為駕駛員主觀感受到的噪聲頻帶，某研究院NVH評(píng)價(jià)人員對(duì)初始方案HISS噪聲主觀評(píng)價(jià)僅為5分（滿分10分）。

圖2 進(jìn)氣系統(tǒng)初始方案HISS噪聲測(cè)試結(jié)果頻譜圖

3 進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化

根據(jù)測(cè)試進(jìn)氣系統(tǒng)初始方案HISS噪聲確定的頻率范圍和幅值來(lái)設(shè)計(jì)消聲器，分別設(shè)計(jì)低壓端寬頻消聲器和高壓端消聲器。開(kāi)發(fā)過(guò)程中首先采用聲學(xué)仿真方法對(duì)消聲器進(jìn)行聲學(xué)優(yōu)化，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果制作快速樣件，測(cè)量快速樣件的傳遞損失并進(jìn)行聲學(xué)調(diào)教（如圖3）。傳遞損失公式如下：

其中P—聲壓，S—通道面積，不考慮管路共振（TL=0dB）。

如圖4所示低壓端消聲器傳遞損失，經(jīng)TL調(diào)音后達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，在600Hz左右的尖峰主要用于預(yù)留，在整車調(diào)音過(guò)程中有針對(duì)性的調(diào)節(jié)消聲頻率。右上角為低壓端消聲器3D模型。

圖4 低壓端消聲器傳遞損失

如圖5所示高壓端消聲器傳遞損失，經(jīng)TL調(diào)音后達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，在600~1000Hz范圍內(nèi)的兩個(gè)消聲尖峰主要用于預(yù)留，在整車調(diào)音過(guò)程中有針對(duì)性的調(diào)節(jié)消聲頻率。右上角為高壓端消聲器3D模型。

圖5 高壓端消聲器傳遞損失

最終進(jìn)氣管路優(yōu)化方案定義為，低壓端干凈空氣管串聯(lián)一個(gè)7級(jí)多孔多狹縫混合寬頻消聲器（見(jiàn)圖6），主要消除由低壓管路和原始進(jìn)氣口輻射的噪聲。高壓進(jìn)氣管串聯(lián)一個(gè)4級(jí)多孔消聲器（見(jiàn)圖7），主要消除由高壓進(jìn)氣管輻射的噪聲。優(yōu)化增壓器壓葉輪，采用全機(jī)加葉輪，提高葉輪尺寸精度，降低葉片表面粗糙度，降低葉輪攪氣過(guò)程中氣體表面振動(dòng)。

圖6 進(jìn)氣系統(tǒng)低壓端優(yōu)化方案示意圖

圖7 進(jìn)氣系統(tǒng)高壓端優(yōu)化方案示意圖

4 NVH測(cè)試

對(duì)于以上進(jìn)氣系統(tǒng)優(yōu)化方案需要在整車進(jìn)行背靠背試驗(yàn)，即用同一臺(tái)車分別測(cè)試原始進(jìn)氣系統(tǒng)和優(yōu)化后的進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲，對(duì)比分析方案有效性，并對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行主觀評(píng)分。

按照第2節(jié)“HISS噪聲的測(cè)量”所敘述的測(cè)試方法進(jìn)行試驗(yàn)。如圖8所示，原始進(jìn)氣口消聲頻率跨越700~5000Hz，達(dá)到預(yù)期效果。如圖9所示，高壓進(jìn)氣管噪聲得到有效抑制。從圖10駕駛員右耳測(cè)試結(jié)果來(lái)看，HISS噪聲消失。如圖11分析了駕駛員右耳聲壓級(jí)，可以看出噪聲降低了5～6dB，顯著降低了車內(nèi)HISS噪聲。優(yōu)化后的HISS噪聲主觀評(píng)分達(dá)到7.5分，達(dá)到或超過(guò)市場(chǎng)主流競(jìng)品的NVH水平。

圖8 原始進(jìn)氣口測(cè)試結(jié)果頻譜圖

圖9 高壓進(jìn)氣管測(cè)試結(jié)果頻譜圖

圖10 駕駛員右耳測(cè)試結(jié)果頻譜圖

圖11 駕駛員右耳測(cè)試結(jié)果聲壓級(jí)

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)原始進(jìn)氣系統(tǒng)方案下的HISS噪聲進(jìn)行測(cè)試和分析，確定HISS噪聲的頻率和傳遞路徑，進(jìn)而設(shè)計(jì)與之相匹配的消聲器，可以有效地降低HISS噪聲。

隨著市場(chǎng)對(duì)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的需求，以及客戶對(duì)NVH要求的不斷提高，HISS噪聲成為汽車制造廠迫切解決的問(wèn)題，本文對(duì)解決該問(wèn)題具有一定參考意義。

[1] 李慧彬,周江偉等.車用渦輪增壓器噪聲與振動(dòng)機(jī)理和控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)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，就職于華晨汽車工程研究院，工程師，主要從事動(dòng)力總成設(shè)計(jì)工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.034