李盛福，潘宇倩

（1.廣西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南寧 530001； 2.柳州工學(xué)院，柳州 545616）

引言

隨著汽車(chē)的快速發(fā)展，汽車(chē)的NVH問(wèn)題愈發(fā)受到關(guān)注，用戶對(duì)汽車(chē)的舒適性要求提高[1]。渦輪增壓器技術(shù)通過(guò)提高渦輪增壓器提高進(jìn)氣密度,可全面改善發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放指標(biāo)等性能，同時(shí)渦輪增壓器朝著小型化、高速化發(fā)展，但其高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的噪聲和高頻振動(dòng)對(duì)汽車(chē)舒適性造成很大影響。

根據(jù)渦輪增壓器的工作原理（如圖1所示）渦輪增壓器的噪聲大致可分為與轉(zhuǎn)子動(dòng)力相關(guān)的噪聲和與空氣相關(guān)的噪聲。其中轉(zhuǎn)子動(dòng)力噪聲 包括轉(zhuǎn)子不平衡嘯叫、油膜渦旋振蕩產(chǎn)生的亞同步噪聲、高階次噪聲、軸承磨損噪聲、廢氣旁通閥金屬敲擊噪聲等；空氣動(dòng)力噪聲包括脈動(dòng)嘯叫、BPF噪聲、Whoosh噪聲、Whining噪聲和Buzz-Saw噪聲[2]。S Wang等通過(guò)設(shè)計(jì)消聲器來(lái)降低渦輪增壓器的同步脈沖噪聲[3]。Moritz J等深入研究了進(jìn)氣擾動(dòng)條件對(duì)渦輪增壓器輻射噪聲的影響[4]。韋玲玲等通過(guò)控制系統(tǒng)軟件硬件匹配改善了增壓器電子泄壓閥噪聲[5]。李偉等通過(guò)增大流道喉舌與渦輪進(jìn)口距離、增加渦輪葉片等改善渦輪BPF噪聲[6]。楊景玲通過(guò)在執(zhí)行器入口處增加了一個(gè)穩(wěn)壓腔解決了渦輪增壓器的嗒嗒聲[7]。

圖1 渦輪增壓器工作原理圖

本文針對(duì)某乘用車(chē)大油門(mén)加速工況前艙傳來(lái)的氣流沖擊聲及敲擊聲，采用主觀評(píng)價(jià)、聲源定位、傳遞路徑法等方法鎖定聲源，并針對(duì)問(wèn)題點(diǎn)提出了優(yōu)化方案，有效的解決大油門(mén)加速工況異響問(wèn)題。

1 加速工況異響問(wèn)題定義與分析

搭載N15T+CVT/MT的某平臺(tái)車(chē)型在進(jìn)行NVH主觀評(píng)價(jià)時(shí)，發(fā)現(xiàn)在中大油門(mén)加速時(shí)，在2 000 rpm左右前艙傳來(lái)氣流沖擊聲，并伴隨金屬敲擊聲。

針對(duì)提出的大油門(mén)加速工況異響問(wèn)題，因在MT和CVT的車(chē)上均出現(xiàn)該問(wèn)題且由前艙傳來(lái)，初步分析該問(wèn)題與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)，為鎖定問(wèn)題的原因，測(cè)試某車(chē)型乘用車(chē)在全油門(mén)加速工況下的駕駛員右耳、發(fā)動(dòng)機(jī)近場(chǎng)噪聲，駕駛員右耳處坎貝爾圖如圖2所示。查看分析實(shí)車(chē)加速工況下的駕駛員右耳處的坎貝爾圖，發(fā)現(xiàn)在2 000 rpm左右存在較寬頻帶（頻帶為7 000 Hz以內(nèi)）的異常噪聲，見(jiàn)圖2的白框部分，通過(guò)對(duì)聲音進(jìn)行回放分析，確認(rèn)與主觀評(píng)價(jià)時(shí)聽(tīng)到的氣流聲一致。

由上可知，氣流聲的產(chǎn)生與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)，頻帶較寬，且從前艙傳遞過(guò)來(lái)，在變速箱、中冷管、增壓器、空濾上布置振動(dòng)傳感器及近場(chǎng)麥克風(fēng)，并布置聲學(xué)相機(jī)同步采集，在NVH四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行全油門(mén)加速工況測(cè)試。通過(guò)聲學(xué)相機(jī)的測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)在2 000 rpm左右，渦輪增壓器的聲源噪聲較大，在渦增壓器上的振動(dòng)坎貝爾圖發(fā)現(xiàn)2 000 rpm左右的寬頻振動(dòng)現(xiàn)象（如圖3所示），通過(guò)在執(zhí)行器上布置振動(dòng)傳感器發(fā)現(xiàn)搖臂在2 000 rpm左右位移最大（如圖4所示）。

圖4 廢氣旁通閥執(zhí)行器搖臂位移

為進(jìn)一步鎖定問(wèn)題部件，設(shè)計(jì)了兩個(gè)驗(yàn)證方案，分別為：①在廢氣旁通閥執(zhí)行器上加200 g配重；②在廢氣旁通閥執(zhí)行器推桿與搖臂之間加墊片（方案圖如圖5所示）。結(jié)果如圖6所示，設(shè)計(jì)的兩個(gè)方案皆有效果，在2 000 rpm左右的寬頻噪聲能量降低，主觀評(píng)價(jià)有改善。

圖5 驗(yàn)證方案圖

圖6 驗(yàn)證方案結(jié)果

增壓器執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和工作原理分別如圖7和圖8所示，它是由控制氣室、推桿、廢氣旁通閥門(mén)等組成的，其中的控制氣室是核心部件，它是由膜片和彈簧組成的一個(gè)氣動(dòng)缸，一端與增壓器的壓氣機(jī)相連接，膜片上方的壓力就等于壓氣機(jī)中的壓力，另一端與廢氣旁通閥相連接。當(dāng)壓氣機(jī)中的增壓壓力超過(guò)預(yù)定值時(shí)，氣壓推動(dòng)膜片壓縮彈簧，使推桿向外推出，將廢氣旁通閥門(mén)打開(kāi)，引導(dǎo)部分廢氣不再經(jīng)過(guò)渦輪，而是從安裝在渦輪之前的旁通閥直接進(jìn)入排氣管，這樣就可以減少推動(dòng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)的廢氣的數(shù)量和壓力，進(jìn)而降低渦輪轉(zhuǎn)速，降低增壓壓力，避免發(fā)動(dòng)機(jī)由于“過(guò)增壓”而導(dǎo)致的飛車(chē)現(xiàn)象。當(dāng)壓氣機(jī)壓力降低到一定值時(shí)，膜片上方的壓力不足以克服彈簧的彈力，彈簧就會(huì)彈回，帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)關(guān)閉旁通閥，廢氣又全部推動(dòng)渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)，增壓壓力重新增高，直到下一次旁通閥開(kāi)啟。就這樣循環(huán)進(jìn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)的增壓壓力就被控制在一個(gè)固定的數(shù)值[8]。

圖7 增壓器執(zhí)行器結(jié)構(gòu)圖

圖8 增壓器執(zhí)行器工作原理圖

結(jié)合測(cè)試結(jié)果與增壓器執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和工作原理可得，在急加速工況下，2 000 rpm時(shí)存在寬頻的氣流聲，在渦輪增壓器急劇增扭時(shí)存在排氣沖擊閥體的聲音，綜合結(jié)果為此寬頻噪聲由排氣流體摩擦沖擊引起；在加速過(guò)程中廢氣旁通閥從關(guān)閉到完全開(kāi)啟時(shí)，在增壓器排氣壓力脈動(dòng)（Pq和Pm）[9]的作用下，氣體沖擊廢氣旁通閥產(chǎn)生氣流聲；旁通閥執(zhí)行拉桿受此作用力產(chǎn)生振動(dòng)，撞擊搖臂，產(chǎn)生rattle聲，從而傳到車(chē)內(nèi)。

2 方案整改與驗(yàn)證

依據(jù)以上的原因，結(jié)合整車(chē)NVH開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，制定初步的整改方向：①優(yōu)化執(zhí)行器推桿與搖臂之間的間隙；②在搖臂和閥體之間增加彈性墊片。

2.1 優(yōu)化執(zhí)行器推桿與搖臂之間的間隙

在大油門(mén)加速工況，渦輪增壓器介入時(shí)，受排氣壓力作用，推桿動(dòng)作，其與搖臂之間存在間隙，若間隙過(guò)大則會(huì)產(chǎn)生敲擊，查看該零件圖紙的原設(shè)計(jì)值為（0.3～0.5）mm，制作系列間隙梯度的樣件（如表1所示）在整車(chē)上進(jìn)行主、客觀評(píng)價(jià)及測(cè)試，結(jié)合工藝與評(píng)價(jià)結(jié)果，確定最優(yōu)間隙，其測(cè)試結(jié)果如圖9所示，2 000 rpm左右能量明顯減弱，主觀評(píng)價(jià)可接受。

表1 執(zhí)行器推桿與搖臂之間的間隙與主觀評(píng)價(jià)結(jié)果

圖9 優(yōu)化執(zhí)行器推桿與搖臂之間的間隙測(cè)試結(jié)果

2.2 在搖臂和閥體之間增加彈性墊片

在大油門(mén)加速工況，渦輪增壓器閥體受脈動(dòng)氣體沖擊，其與搖臂之間存在間隙，會(huì)產(chǎn)生敲擊。在閥體與搖臂之間增加彈性墊片，減小其間隙，方案如圖10所示，測(cè)試結(jié)果如圖11所示。從結(jié)果來(lái)看，2 000 rpm左右的寬頻噪聲完全消失，主觀評(píng)價(jià)接受。

圖10 搖臂和閥體之間增加彈性墊片方案圖

圖11 搖臂和閥體之間增加彈性墊片測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)某乘用車(chē)中大油門(mén)加速工況異響噪聲問(wèn)題，綜合運(yùn)用主觀評(píng)價(jià)、聲源定位以及頻譜分析等技術(shù)，確定了問(wèn)題的主要原因：車(chē)內(nèi)2 000 rpm左右的氣流聲和敲擊聲由渦輪增壓器排氣流體摩擦沖擊引起，氣體沖擊廢氣旁通閥產(chǎn)生氣流聲；旁通閥執(zhí)行拉桿受此作用力產(chǎn)生振動(dòng)，撞擊搖臂，產(chǎn)生rattle聲。根據(jù)產(chǎn)生機(jī)理制定兩種改善方案，分別為優(yōu)化執(zhí)行器推桿與搖臂之間的間隙、在搖臂和閥座之間增加彈簧墊片。針對(duì)兩種方案，分別進(jìn)行整車(chē)測(cè)試評(píng)估，量化兩種方案的改善效果。從對(duì)比中可看出在搖臂和閥座之間增加彈簧墊片效果最好，消除了氣流聲和敲擊聲，大大提高了整車(chē)的聲品質(zhì)。