渦輪增壓器壓氣機泄壓閥泄氣噪聲優化

錢超

摘 要：為優化某自動擋車型在急加速急收油門工況下渦輪增壓器壓氣機泄氣噪聲問題，對泄壓閥工作原理進行研究，并通過NVH測試設備采集問題工況下的噪聲數據并進行分析，確認噪聲為壓氣機泄壓閥泄壓過程中高壓氣體快速通過放氣旁通流道時產生的氣流聲。然后，制定了縮短泄壓閥行程及節氣門緩關標定的優化方案，并制作樣件和更新標定程序，搭載整車進行驗證。結果顯示：縮短泄壓閥行程及節氣門緩關標定的優化方案能有效改善壓氣機泄氣噪聲的問題。關鍵詞：渦輪增壓器;泄氣噪聲;泄壓閥行程;節氣門緩關中圖分類號：U464.135? 文獻標識碼：B? 文章編號：1671-7988（2020）01-126-03

Abstract： In order to optimize the rush noise of a turbocharger compressor under the condition of rapid acceleration and rapid throttle collection， the working principle of the by-pass valve is studied. The noise datas are collected and analyzed by the NVH test equipment under the condition of this issue. It is confirmed that the noise is the rapid passage of high pressure gas during the relief process of the compressor by-pass valve， the airflow sound produces in the air bypass channel. Then， the optimization scheme for shortening the stroke of by-pass valve and calibration of slowly closing throttle is formulated， and the sample and updated calibration procedure are made to match the vehicle for verification. The results show that the optimization scheme of shortening the stroke of by-pass valve and calibration of slowly closing throttle can effectively improve the issue of compressor rush noise.Keywords： Turbocharger; Rush Noise; By-pass Valve Travel; Slowly Closing ThrottleCLC NO.： U464.135? Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）01-126-03

引言

渦輪增壓器在發動機上的應用在為汽車帶來較好的動力性和經濟性的同時，因其結構復雜、高轉速、高增壓比等特性，不同的工況下會帶來不同的NVH問題[1]。其中，駕駛員在行車過程中急加速急收油門的工況也較為常見，該工況下節氣門開度迅速減小，壓氣機在慣性作用下繼續壓縮空氣，氣流慣性會對節氣門體和壓氣機葉片進行沖擊，在該工況下由ECM控制的電控泄壓閥會及時打開，將高壓氣體從壓氣機后排入壓氣機前，減少高壓氣體在節氣門和壓氣機之間管路的震蕩，起到保護節氣門和壓氣機葉片的作用，其示意如圖1所示。但是，在泄壓閥泄氣的過程中會產生其他問題，嚴重影響客戶駕駛感受的泄氣噪聲就是其中之一。

針對泄壓閥泄氣噪聲優化問題的研究主要集中于在進氣系統加裝一個或多個消聲器等元件對泄氣噪聲進行吸聲[2-7];王鵬等通過更改泄壓閥彈簧剛度，使泄壓閥及時開啟，優化泄壓噪聲[8];李志遠等在增壓器后管路上設計中高頻消聲器的同時，在發動機艙蓋上設計吸聲棉提升發動機艙的吸、隔聲能力，綜合改善泄氣噪音[9]。本文基于泄壓閥泄氣噪聲的產生機理，從泄壓閥行程和節氣門關閉策略方面研究噪音優化問題，具有一定的理論和現實意義。

1 泄氣噪聲產生的機理

1.1 泄壓閥的結構和工作原理

如圖2（a）所示，電控泄壓閥的是由閥芯、閥體、安裝法蘭及線束接插件等部件組成，如圖2（b）所示，閥芯長度為L，直徑為D，通常（無需泄壓）情況下，電控泄壓閥處于斷電狀態，閥芯處于最長狀態L;通電情況下閥體內線圈通電會將帶有電磁鐵的閥芯吸合，閥芯長度會縮短為L，即閥芯的行程為K=L-L，在K的行程下閥芯封閉的壓氣機壓殼通道被打開，即可完成泄壓過程。

1.2 泄氣噪聲產生的原因

急加速急收油門工況下，電控泄壓閥接收ECM指令并通電，通電情況下電控泄壓閥閥芯縮短，泄壓通道被打開，壓氣機壓縮后的高壓氣體迅速通過泄壓通道排入壓氣機前，高速的氣流會產生泄壓噪音，同時由于節氣門開度迅速減小，引起氣體流量（壓力）的波動，在管路內形成噪音。

2 泄氣噪聲試驗研究

2.1 試驗工況

本次測試工況采用路試，模擬AVL Drive工況，使用手動擋鎖擋模式的M3擋位，加速過程油門踏板開度為100%，工況如圖3所示：

（1）M3擋位，發動機轉速從1000rpm全油門加速至2000rpm急松油門;

（2）M3擋位，發動機轉速從1500rpm全油門加速至2500rpm急松油門;

（3）M3擋位，發動機轉速從2000rpm全油門加速至3000rpm急松油門。

2.2 噪聲測試結果

本次測試主要測試增壓器近場聲音，在近增壓器壓氣機處布置了麥克風，測量噪聲頻譜圖。3種測試工況下，測試車輛3擋全油門加速至2500rpm急松油門的噪聲最為明顯，其頻譜圖如圖4所示，圖上的4條豎線即為連續4次急加速急松油門工況下的測試結果。同時，測試車輛在急加速后急松油門工況下，駕駛艙內能明顯感覺到增壓器的泄氣噪音，主觀評估為不可接受。

3 泄氣噪聲優化方案及驗證

3.1 泄壓閥行程優化

泄氣噪音的產生與增壓器泄壓閥泄壓速度緊密相關，基于此研究了一種減緩泄壓閥泄壓速度的方案—縮短閥芯行程K。閥芯行程縮短后，泄壓通道開口減小，壓氣機壓后高壓氣體向壓前泄壓的速度減慢，但如果泄壓通道過小，泄壓噪聲會得到惡化。最后，通過制作5組不同行程的增壓器樣件，裝車后整車路試評估，確定了最優泄壓行程的渦輪增壓器。

3.2 節氣門緩關策略

泄氣噪音的產生與增壓器增壓壓力也緊密相關，基于此研究了一種降低泄壓壓力的方案—節氣門緩關策略。節氣門緩關后，壓后高壓氣體會通過節氣門繼續進入進氣歧管，部分壓力得到釋放，氣流和氣壓波動的現象將得到緩解，從而會進一步改善泄氣噪音。圖5所示即為節氣門標定更改前后增壓相關數據變化，圖中豎直虛線時刻為Tip out時刻，標定更改前，節氣門開度迅速降低，空氣流量和增壓壓力呈現出大幅波動;標定更改后，節氣門前空氣流量和增壓壓力迅速降低，不再呈現大幅波動的情況。通過整車路試評估，節氣門標定更改后的泄氣噪音得到優化。

4 結論

針對該自動擋車型在急加速急收油門工況下渦輪增壓器

壓氣機泄氣噪聲問題：1）適當縮短增壓器泄壓閥行程，減緩了泄壓閥的放氣速度，能有效改善壓氣機泄氣噪音。2）節氣門緩關的標定策略，使得節氣門前空氣流量和增壓壓力迅速降低，不再呈現大幅波動的情況，有利于噪音改善。

總之，綜合運用上述兩個方案能有效改善車輛在急加速急收油門工況下渦輪增壓器壓氣機泄氣噪聲。

參考文獻

[1] 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）：43-46.

[2] 王康，劉旻，蔣揚峰，等.基于降低增壓器泄壓閥噪聲的進氣系統優化方案研究[J].上海汽車， 2015（11）：25-29.

[3] 楊潔丹，何嘉洋，謝旭.穿孔管在優化增壓器泄氣噪聲上的應用[J].時代汽車2019（4）.

[4] 樸紅花，陳友祥，王三星.某汽油發動機增壓器泄氣噪聲研究及優化[J].汽車實用技術，2017（12）：7-8.

[5] 鄭超，高東東，陳瑋，等.某增壓汽油機RCV泄氣聲優化[J].內燃機，2018.

[6] 顏偉，許濤，張增光.增壓器Hiss噪聲及泄氣噪聲優化措施[J].汽車實用技術，2017（21）：176-177.

[7] 葉敬安，劉旻，劉淑軍，等.增壓器泄壓閥噪聲的進氣系統解決方案[J].上海汽車， 2014（11）：26-29.

[8] 王鵬，魯守衛，賀娜娜，等.增壓發動機泄氣聲品質的研究及控制方式探討[J].北京汽車，2017（1）：17-20.

[9] 李志遠，劉濤，劉淑軍.渦輪增壓器泄壓噪聲試驗研究[C].2015中國汽車工程學會年會.