張發(fā)家

摘要：通過利用優(yōu)化進(jìn)氣系統(tǒng)聲學(xué)性能方法改善渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)車型的進(jìn)氣whoosh噪聲問題。采用車輛試駕主觀評(píng)價(jià)及客觀數(shù)據(jù)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(jìn)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(jìn)氣whoosh聲優(yōu)化方案驗(yàn)證對比。

關(guān)鍵詞：whoosh聲;渦輪增壓器;傳遞損失;進(jìn)氣系統(tǒng)

0? 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器由于工作工況的復(fù)雜性會(huì)帶來各種各樣的振動(dòng)噪聲問題。其中，進(jìn)氣whoosh噪聲是比較常見的渦輪增壓器NVH問題之一，通過進(jìn)氣系統(tǒng)的進(jìn)氣口輻射至大氣中，進(jìn)而傳遞到駕駛艙內(nèi)，乘員能夠較明顯的感受到whoosh噪聲。傳統(tǒng)進(jìn)氣系統(tǒng)的聲學(xué)設(shè)計(jì)無法滿足現(xiàn)代渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的要求，需要針對性的對進(jìn)氣系統(tǒng)進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

1? 問題描述

1.1 問題現(xiàn)象

某款裝備渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的SUV在瞬時(shí)猛踩油門，增壓器轉(zhuǎn)速在相對短時(shí)間內(nèi)快速提升，乘員在車內(nèi)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(yán)重影響到汽車的乘坐舒適性與車輛品質(zhì)。該噪聲根據(jù)color map圖分析測試結(jié)果及實(shí)車驗(yàn)證，排查確定為渦輪增壓器的whoosh噪聲。

1.2 機(jī)理分析

進(jìn)氣whoosh噪聲出現(xiàn)的條件是增壓器高壓比，小流量，在氣體流量偏小時(shí)，葉片擴(kuò)張器內(nèi)和進(jìn)口處氣流與璧面分離引起喘振，壓氣機(jī)葉片氣體分離產(chǎn)生紊流噪聲（氣流聲）。因此，新設(shè)計(jì)的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)中，壓氣機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配運(yùn)行線低速逐漸靠近surge區(qū)域，高速逐漸靠近c(diǎn)hoke區(qū)域。匹配運(yùn)行線靠近微喘振區(qū)域[1]，進(jìn)氣會(huì)在壓氣機(jī)葉片背面產(chǎn)生漩渦分流，產(chǎn)生寬頻湍流噪聲，這種現(xiàn)象稱為微喘振現(xiàn)象。如果匹配運(yùn)行線進(jìn)入喘振區(qū)域，則會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重喘振，也會(huì)產(chǎn)生寬頻湍流噪聲，該增壓器噪聲稱為whoosh噪聲。

2? 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

主觀評(píng)價(jià)打分采用10分標(biāo)準(zhǔn)，分值含義如表1。

3? 方案驗(yàn)證

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

3.1 空氣濾清器進(jìn)氣管優(yōu)化方案對比

通過制作四種不同形式的空濾器進(jìn)氣管，詳細(xì)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(chǔ)上減小進(jìn)氣管口尺寸;③整體PP注塑管（底面局部穿孔內(nèi)壁貼敷吸音棉）;④整體PP注塑管（帶諧振腔）。

經(jīng)過實(shí)車測試顯示：方案1、2測試效果相當(dāng)，但均優(yōu)于方案3、4，說明聚酯PET管對進(jìn)氣口噪聲優(yōu)化有較明顯效果，同時(shí)聚酯PET管價(jià)格相對較高，在低成本車上應(yīng)用較少;方案3優(yōu)于方案4，說明增加吸音棉對進(jìn)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(jié)果，進(jìn)氣管采用聚酯PET管、進(jìn)氣管貼附吸音棉兩種方案對進(jìn)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(jìn)氣系統(tǒng)管路

通過車輛在三擋大油門急加速存在進(jìn)氣whoosh聲，頻率為（3700-7000）Hz，主觀評(píng)價(jià)進(jìn)氣whoosh聲為5.5-分，通過用吸音棉對進(jìn)氣管路進(jìn)行包裹，進(jìn)氣whoosh聲主觀評(píng)價(jià)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工程化，僅進(jìn)行測試驗(yàn)證該方案對whoosh噪聲貢獻(xiàn)。

3.3 提高進(jìn)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(jié)端的聲學(xué)特性，它只與自身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。在評(píng)價(jià)單個(gè)消音元件的消音效果或者初步評(píng)估系統(tǒng)的消音性能時(shí)，通常用傳遞損失。傳遞損失是評(píng)價(jià)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(xiàng)驗(yàn)證采用同批次發(fā)動(dòng)機(jī)，但不同項(xiàng)目進(jìn)氣系統(tǒng)方案進(jìn)行驗(yàn)證的，方案一在（1800～4400）Hz以后進(jìn)氣系統(tǒng)消聲元件傳遞損失值在（10-30）dB（A）之間，詳細(xì)如圖1所示，方案二在（1800～4400）Hz以后進(jìn)氣系統(tǒng)消聲元件傳遞損失值（32-58）dB（A）之間，詳細(xì)如圖2所示，方案二傳遞損失值明顯得高于方案一。

實(shí)車測試對比發(fā)現(xiàn)，采用方案一車輛主觀評(píng)價(jià)進(jìn)氣whoosh聲為5.5-分，更換進(jìn)氣系統(tǒng)傳遞損失值高的方案后，實(shí)車主觀評(píng)價(jià)分值為6+分，提升幅度較大，達(dá)到可以接受的狀態(tài)。

3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器結(jié)構(gòu)優(yōu)化

原車型基礎(chǔ)上更換帶whoosh槽的發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器，whoosh槽的結(jié)構(gòu)如圖3所示，通過在增壓器進(jìn)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(dá)到優(yōu)化進(jìn)氣whoosh聲的效果。

通過實(shí)車測試對比，更換帶whoosh槽的增壓器，車輛進(jìn)氣whoosh聲主觀評(píng)價(jià)可提升0.5+分，且表現(xiàn)穩(wěn)定，詳細(xì)測試結(jié)果如圖4所示。

4? 總結(jié)

綜上四種方案，得出如下結(jié)論：

①提高進(jìn)氣系統(tǒng)傳遞損失值及發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器增加whoosh槽結(jié)構(gòu)方案效果優(yōu)于吸音棉包裹進(jìn)氣管道及改善空濾器進(jìn)氣管方案;

②當(dāng)進(jìn)氣系統(tǒng)方案鎖定后提高傳遞損失值不易實(shí)現(xiàn)，需要在設(shè)計(jì)之初進(jìn)行全面評(píng)估及分析，盡可能提高進(jìn)氣系統(tǒng)傳遞損失值，保證進(jìn)氣系統(tǒng)NVH性能;

③優(yōu)化增壓器結(jié)構(gòu)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(xiàn)：

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

[2]宋文強(qiáng).汽車商品性主觀評(píng)價(jià)方法[M].汽車工程師，2018，12.

[3]龐劍.汽車噪聲與振動(dòng)：理論與應(yīng)用[M].北京理工大學(xué)出版社，2006，03.