張發(fā)家

摘要：通過利用優(yōu)化進氣系統(tǒng)聲學性能方法改善渦輪增壓發(fā)動機車型的進氣whoosh噪聲問題。采用車輛試駕主觀評價及客觀數據采集等形式，對比優(yōu)化傳遞路徑、改變殼體噪聲輻射及改善氣流紊流優(yōu)化噪聲源等方案，得出對進氣whoosh噪聲問題解決方案的優(yōu)劣勢。本篇主要從四種方案對進氣whoosh聲優(yōu)化方案驗證對比。

關鍵詞：whoosh聲;渦輪增壓器;傳遞損失;進氣系統(tǒng)

0? 引言

發(fā)動機渦輪增壓器由于工作工況的復雜性會帶來各種各樣的振動噪聲問題。其中，進氣whoosh噪聲是比較常見的渦輪增壓器NVH問題之一，通過進氣系統(tǒng)的進氣口輻射至大氣中，進而傳遞到駕駛艙內，乘員能夠較明顯的感受到whoosh噪聲。傳統(tǒng)進氣系統(tǒng)的聲學設計無法滿足現代渦輪增壓發(fā)動機的要求，需要針對性的對進氣系統(tǒng)進行聲學設計優(yōu)化。

1? 問題描述

1.1 問題現象

某款裝備渦輪增壓發(fā)動機的SUV在瞬時猛踩油門，增壓器轉速在相對短時間內快速提升，乘員在車內能夠明顯聽到 “嘶嘶”的氣流聲，這種噪聲使乘坐人員感到厭煩，嚴重影響到汽車的乘坐舒適性與車輛品質。該噪聲根據color map圖分析測試結果及實車驗證，排查確定為渦輪增壓器的whoosh噪聲。

1.2 機理分析

進氣whoosh噪聲出現的條件是增壓器高壓比，小流量，在氣體流量偏小時，葉片擴張器內和進口處氣流與璧面分離引起喘振，壓氣機葉片氣體分離產生紊流噪聲（氣流聲）。因此，新設計的增壓發(fā)動機中，壓氣機與發(fā)動機匹配運行線低速逐漸靠近surge區(qū)域，高速逐漸靠近choke區(qū)域。匹配運行線靠近微喘振區(qū)域[1]，進氣會在壓氣機葉片背面產生漩渦分流，產生寬頻湍流噪聲，這種現象稱為微喘振現象。如果匹配運行線進入喘振區(qū)域，則會出現嚴重喘振，也會產生寬頻湍流噪聲，該增壓器噪聲稱為whoosh噪聲。

2? 評價標準

主觀評價打分采用10分標準，分值含義如表1。

3? 方案驗證

方案驗證是在工裝件樣車狀態(tài)的車輛下開展，經檢查前艙以及駕駛室隔聲棉包裹密封嚴實，無漏氣。最大程度降低整車風噪、輪胎噪聲對測試結果的影響。

3.1 空氣濾清器進氣管優(yōu)化方案對比

通過制作四種不同形式的空濾器進氣管，詳細方案如下：①兩端PP注塑管中間聚酯PET管;②在方案1的基礎上減小進氣管口尺寸;③整體PP注塑管（底面局部穿孔內壁貼敷吸音棉）;④整體PP注塑管（帶諧振腔）。

經過實車測試顯示：方案1、2測試效果相當，但均優(yōu)于方案3、4，說明聚酯PET管對進氣口噪聲優(yōu)化有較明顯效果，同時聚酯PET管價格相對較高，在低成本車上應用較少;方案3優(yōu)于方案4，說明增加吸音棉對進氣口噪聲有一定改善，純PP注塑管帶諧振腔效果相對較差，但成本上優(yōu)勢明顯。

綜上結果，進氣管采用聚酯PET管、進氣管貼附吸音棉兩種方案對進氣口噪聲效果改善均有較好作用，諧振腔僅針對特定頻率段有較好效果。

3.2 采用吸音棉包裹進氣系統(tǒng)管路

通過車輛在三擋大油門急加速存在進氣whoosh聲，頻率為（3700-7000）Hz，主觀評價進氣whoosh聲為5.5-分，通過用吸音棉對進氣管路進行包裹，進氣whoosh聲主觀評價為6-分，提升0.5分左右，包裹吸音棉的方案對優(yōu)化whoosh聲有一定改善，但該方案難以實現產品工程化，僅進行測試驗證該方案對whoosh噪聲貢獻。

3.3 提高進氣系統(tǒng)消聲元件傳遞損失值

傳遞損失[3]沒有包括聲源和管道終結端的聲學特性，它只與自身的結構有關。在評價單個消音元件的消音效果或者初步評估系統(tǒng)的消音性能時，通常用傳遞損失。傳遞損失是評價消音元件消音效果最簡單的一種方法。一般而言，傳遞損失值越高越好，該項驗證采用同批次發(fā)動機，但不同項目進氣系統(tǒng)方案進行驗證的，方案一在（1800～4400）Hz以后進氣系統(tǒng)消聲元件傳遞損失值在（10-30）dB（A）之間，詳細如圖1所示，方案二在（1800～4400）Hz以后進氣系統(tǒng)消聲元件傳遞損失值（32-58）dB（A）之間，詳細如圖2所示，方案二傳遞損失值明顯得高于方案一。

實車測試對比發(fā)現，采用方案一車輛主觀評價進氣whoosh聲為5.5-分，更換進氣系統(tǒng)傳遞損失值高的方案后，實車主觀評價分值為6+分，提升幅度較大，達到可以接受的狀態(tài)。

3.4 發(fā)動機增壓器結構優(yōu)化

原車型基礎上更換帶whoosh槽的發(fā)動機增壓器，whoosh槽的結構如圖3所示，通過在增壓器進氣口端新開whoosh槽打亂此處氣流湍流，降低氣流湍流能量，從而達到優(yōu)化進氣whoosh聲的效果。

通過實車測試對比，更換帶whoosh槽的增壓器，車輛進氣whoosh聲主觀評價可提升0.5+分，且表現穩(wěn)定，詳細測試結果如圖4所示。

4? 總結

綜上四種方案，得出如下結論：

①提高進氣系統(tǒng)傳遞損失值及發(fā)動機增壓器增加whoosh槽結構方案效果優(yōu)于吸音棉包裹進氣管道及改善空濾器進氣管方案;

②當進氣系統(tǒng)方案鎖定后提高傳遞損失值不易實現，需要在設計之初進行全面評估及分析，盡可能提高進氣系統(tǒng)傳遞損失值，保證進氣系統(tǒng)NVH性能;

③優(yōu)化增壓器結構效果良好，且一致性容易控制，也證明解決問題需要從源頭解決，且可以取得事半功倍的效果。

參考文獻：

[1]李世偉.進氣系統(tǒng)壓氣機whoosh噪聲優(yōu)化[M].上海汽車， 2018，04.

[2]宋文強.汽車商品性主觀評價方法[M].汽車工程師，2018，12.

[3]龐劍.汽車噪聲與振動：理論與應用[M].北京理工大學出版社，2006，03.