顏偉，許濤，張增光

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司新技術(shù)研究院，安徽 合肥 230601）

增壓器Hiss噪聲及泄氣噪聲優(yōu)化措施

顏偉，許濤，張增光

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司新技術(shù)研究院，安徽 合肥 230601）

文章針對某增壓機(jī)型存在的噪聲問題進(jìn)行摸底測試，發(fā)現(xiàn)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(jìn)行消音，針對其噪聲頻率段，采用穿孔式與插入式相結(jié)合的高頻消聲器設(shè)計方案。然后制作樣件，并最終進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果顯示，該消聲器對于該機(jī)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(fā)展趨勢，增壓發(fā)動機(jī)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(zhuǎn)速可達(dá)每分鐘30多萬轉(zhuǎn)，由于葉輪與氣流的相互作用，轉(zhuǎn)子的動不平衡以及浮環(huán)軸承的油膜震蕩等因素，使增壓器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生各種噪聲，這些噪聲會大大降低車內(nèi)聲學(xué)品質(zhì)，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(xiàn)的Hiss噪聲和泄氣噪聲提出解決方案，設(shè)計高頻消聲器進(jìn)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(fā)生在發(fā)動機(jī)油門瞬時加速，增壓器轉(zhuǎn)速在相對短的時間內(nèi)快速提升的情況下。它的主要頻譜特征是頻帶較寬，出現(xiàn)的頻率可能在0-20000Hz的范圍內(nèi)。

對于發(fā)動機(jī)而言，動力性，尤其是低速時的動力性一直是發(fā)動機(jī)追求的目標(biāo)，而為了保證發(fā)動機(jī)在低速時獲得較高的動力性，則在低速時增壓器的運(yùn)行曲線必然接近喘振線，則在發(fā)動機(jī)油門瞬時加速時，增壓器運(yùn)行曲線會越過喘振線，從而發(fā)生瞬態(tài)喘振，此時產(chǎn)生的噪聲就是Hiss噪聲?？偠灾瑸榱颂岣甙l(fā)動機(jī)的低速動力性，則增壓器低速時的運(yùn)行曲線必然接近喘振線，從而在油門瞬時加速時，必然會產(chǎn)生Hiss噪聲。

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

泄氣噪聲產(chǎn)生的機(jī)理：在車輛加速后，快速松開油門時，節(jié)氣門關(guān)閉，此時增壓后的氣體無法進(jìn)入發(fā)動機(jī)。而壓氣機(jī)由于慣性作用，致使壓氣機(jī)至節(jié)氣門之間的氣體壓力持續(xù)增加。當(dāng)氣體壓力值增大至限值時，放氣閥打開進(jìn)行泄壓保護(hù)，此時高壓氣體快速通過放氣閥旁通管路時產(chǎn)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(jìn)行摸底測試，重點(diǎn)評估進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲(包括壓前與壓后)對車內(nèi)噪聲的影響(客觀數(shù)據(jù)與主觀評估相結(jié)合)。

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

（1）3擋全負(fù)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(jié)果

圖1所示的是3擋全負(fù)荷WOT加速至4000rpm工況時，在進(jìn)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(nèi)出現(xiàn)了明顯的Hiss噪聲，而轉(zhuǎn)速范圍主要發(fā)生在2500rpm以內(nèi)，2500rpm以上Hiss噪聲強(qiáng)度明顯減弱。

圖1 3擋全負(fù)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(nèi)出現(xiàn)了明顯的泄氣噪聲頻譜。

從測試結(jié)果來看，Hiss噪聲及泄氣噪聲的頻譜范圍非常寬，最大幾乎達(dá)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(nèi)進(jìn)行消聲，即設(shè)計對應(yīng)頻率段的高頻消聲器。

3 噪聲優(yōu)化

3.1 高頻消聲器設(shè)計方案

針對前面摸底測試的結(jié)果，需要同時針對Hiss噪聲和泄氣噪聲的頻率段來設(shè)計相應(yīng)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(fā)動機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)中使用，而一般常用的是抗性消聲器。

抗性消聲器包括擴(kuò)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(kuò)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(jìn)行消聲。

為了在1500Hz-20000Hz的寬頻范圍了內(nèi)實(shí)現(xiàn)消聲，本文設(shè)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(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 高頻消聲器結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 高頻消聲器傳遞損失分析

在進(jìn)行聲學(xué)計算時，首先利用Hypermesh軟件抽取模型的內(nèi)表面，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。

采用LMS.Virtual lab軟件聲學(xué)分析模塊，管道聲學(xué)對網(wǎng)格模型進(jìn)行處理，定義空氣材質(zhì)聲速設(shè)置為340m/s，流速設(shè)置為2m/s，密度為默認(rèn)密度，空濾定義為多孔阻性材質(zhì)。

圖4 高頻消聲器傳遞損失仿真結(jié)果

計算傳遞損失的模型，定義入口網(wǎng)格和輸入邊界，利用管道聲模態(tài)的理論對其進(jìn)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(tài)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(jié)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(guī)模會急劇增加，甚至算不動。目前傳遞損失試驗(yàn)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?yàn)楦叽沃C波起作用。

3.3 高頻消聲器試驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證優(yōu)化效果，根據(jù)設(shè)計方案制作快速成型件，然后裝車進(jìn)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(fù)荷加速至4000rpm工況時，在進(jìn)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(nèi)，Hiss噪聲明顯衰減，優(yōu)化效果非常明顯。

圖5 3擋全負(fù)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(fā)動機(jī)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(nèi)的泄氣噪聲也得到了明顯改善，說明高頻消聲器的設(shè)計達(dá)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(jié)論

本文以某增壓機(jī)型為研究對象，針對其存在的噪聲問題進(jìn)行摸底測試，發(fā)現(xiàn)該機(jī)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(shè)計相應(yīng)的高頻消聲器，根據(jù)設(shè)計方案制作樣件，并最終進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果顯示，該消聲器對于該機(jī)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。

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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(shù)研究院。