魏小寶，何 柳

(上汽通用五菱汽車(chē)股份有限公司，廣西 柳州 545007)

0 引言

增壓中冷系統(tǒng)由增壓器和中冷器構(gòu)成，經(jīng)過(guò)空氣濾清器過(guò)濾后的空氣進(jìn)入增壓器增壓，增壓空氣溫度升高，必須經(jīng)過(guò)中冷系統(tǒng)降低空氣溫度，通過(guò)中冷器的冷卻最終將空氣送入節(jié)氣門(mén)使之參與發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒。由于汽車(chē)行駛過(guò)程中駕駛員松油門(mén)踩剎車(chē)時(shí)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度逐漸變小，增壓器到節(jié)氣門(mén)之間的中冷管路壓力會(huì)進(jìn)一步升高，必須采取措施將壓力泄掉。目前大多采用增壓器上集成泄壓閥(ECRV閥)，當(dāng)剎車(chē)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)不再需要過(guò)多的增壓氣體，這時(shí)ECRV閥會(huì)動(dòng)作將高壓氣體從ECRV閥的狹小通道中排出。由于該通道狹小，高速氣流撞擊增壓器殼體很容易產(chǎn)生噪音，因此需要增加消音元件。本文將介紹另外一種通過(guò)優(yōu)化氣流通道，將氣流循環(huán)由內(nèi)循環(huán)改為外循環(huán)的方式來(lái)改善泄氣聲的方法。

1 增壓系統(tǒng)NVH分析

盡管增壓技術(shù)在20世紀(jì)初期就已經(jīng)取得應(yīng)用，但至今在增壓器聲學(xué)特性領(lǐng)域仍然缺乏研究，隨著其他零部件噪聲控制改進(jìn)和增壓器單位面積質(zhì)量流量的增加，增壓器噪音越來(lái)越成為被關(guān)注的問(wèn)題。

增壓器的噪音產(chǎn)生機(jī)理，由于在發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣一側(cè)，一般都會(huì)連接排氣后處理裝置和有效的排氣消聲系統(tǒng)，所以一般的情況下，增壓器的噪聲問(wèn)題大多體現(xiàn)在壓氣機(jī)和進(jìn)氣一側(cè)。盡管進(jìn)氣空濾器會(huì)有效地降低壓氣機(jī)的進(jìn)口的噪聲，但未得到衰減的高頻噪聲仍舊可以通過(guò)壓氣機(jī)聯(lián)結(jié)空氣濾清器和中冷器的管路向外輻射。隨著壓比和流量不斷的提高，增壓器勢(shì)必會(huì)越來(lái)越成為重要的問(wèn)題聲源。多數(shù)情況下，增壓器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的影響都會(huì)表現(xiàn)在進(jìn)氣側(cè)，也即壓氣機(jī)一側(cè)，出現(xiàn)這種情況的主要原因是排氣側(cè)配備的現(xiàn)代消聲器一般都提供了良好的噪聲衰減性能。我們可以將離心式增壓器發(fā)生的主要空氣動(dòng)力學(xué)噪聲途經(jīng)歸結(jié)為，在葉片通過(guò)頻率發(fā)生的諧次噪聲、葉尖間隙噪聲。進(jìn)氣紊流的作用是造成一個(gè)寬帶聲源，但除非流動(dòng)的形態(tài)為馬赫數(shù)接近1的射流，一般情況下進(jìn)氣紊流產(chǎn)生的噪聲并不重要。

目前我們所使用的增壓發(fā)動(dòng)機(jī)都采用集成式ERCV閥，將電磁泄壓閥直接安裝在渦輪增壓器渦殼上，該種閥的結(jié)構(gòu)主要在于氣道較短且狹小，這是目前產(chǎn)生噪音最主要的原因，這是本文將重點(diǎn)講述的內(nèi)容。

2 優(yōu)化解決方案

2.1 標(biāo)定優(yōu)化

(1)剎車(chē)動(dòng)作時(shí)把渦殼廢氣放氣閥門(mén)打開(kāi)降低增壓壓力，這樣可降低增壓器氣體的流速，會(huì)降低噪聲值。

(2)延遲ERCV閥打開(kāi)的時(shí)間，氣體流速具有波動(dòng)特性，如果在氣體流速最低點(diǎn)打開(kāi)ERCV閥，噪聲值也會(huì)減小。

以上兩種方法在理論上都可以降低因增壓器泄壓造成的噪音問(wèn)題，但是通過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，雖然有所改善但效果并不明顯。

2.2 空氣濾清器噪聲優(yōu)化

根據(jù)噪聲的傳播路徑，如果能消除增壓器傳往空氣濾清器段的噪聲，噪聲值能降低。經(jīng)過(guò)多輪實(shí)驗(yàn)測(cè)試，將泄氣聲測(cè)試總結(jié)如下：

A.泄氣聲的頻段主要分布于400～3000 Hz。

B.進(jìn)氣口泄氣聲與增壓器近場(chǎng)泄氣聲對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲均有貢獻(xiàn)。

C.進(jìn)氣口用絕對(duì)消聲器引出后，車(chē)內(nèi)噪聲無(wú)明顯變化，進(jìn)氣口噪聲對(duì)車(chē)內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)不大。

D.包裹屏蔽增壓前和增壓后的進(jìn)氣管路后，車(chē)內(nèi)噪聲主觀上有改善。

E.增壓器溫度較高，難以包裹和隔聲處理。

F.新設(shè)計(jì)臟空氣管和干凈管安裝后，對(duì)進(jìn)氣口噪聲有明顯改善，但車(chē)內(nèi)噪聲改善不明顯。

G.泄氣聲主要來(lái)源于增壓器(泄壓閥)本體以及附近管路。

總體上采用集成式泄壓閥方案泄氣聲能量較大，不能完全通過(guò)空濾系統(tǒng)增加消音元件的方式解決。

2.3 通過(guò)泄氣管優(yōu)化

在此我們嘗試將電磁閥的泄壓管路的截面積增大并通過(guò)延長(zhǎng)管路的方式緩沖高壓氣流的快速?zèng)_擊，使泄氣能量逐漸衰減，在本次的噪音解決中我們將電磁閥從增壓器移到增壓器的出氣管路上，即通過(guò)中冷器系統(tǒng)的出氣管將氣流引出。理論的實(shí)施必須經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的驗(yàn)證，通過(guò)數(shù)次的試驗(yàn)和對(duì)泄壓管路的不斷更改，最終將電磁閥的位置確定在中冷器出氣管上，從中冷器出氣管引出一根導(dǎo)流泄壓管路將高壓氣體導(dǎo)回空氣濾清器中。泄壓管一端連接中冷器出氣管，另外一端連接空氣濾清器系統(tǒng)，布置簡(jiǎn)圖如圖1和圖2。

圖1 泄壓閥結(jié)構(gòu)和布置位置

圖2 泄氣管布置簡(jiǎn)圖

3 NVH測(cè)試

針對(duì)增加泄氣管降低噪音的方案，為了驗(yàn)證氣流導(dǎo)出后實(shí)際的噪聲情況， 我們做了三種外置泄壓閥方案(測(cè)試：LMS.Test lab，孔口100 mm 45°)：

①泄氣管將氣流從中冷器出氣管引出連接到空氣濾清器殼體本身。

②泄氣管將氣流從中冷器出氣管引出連接到諧振箱。

③泄氣管將氣流從中冷器出氣管引出連接到進(jìn)氣波紋軟管。

圖3 泄氣管連接簡(jiǎn)圖

3.1 時(shí)域特征分析

從階次跟蹤上初步評(píng)估原狀態(tài)車(chē)內(nèi)噪聲：總聲壓級(jí)線性度總體較好，在3000～4000 rpm范圍內(nèi)有一些起伏，2階曲線與總聲壓級(jí)曲線很接近，聲音感覺(jué)沉悶，在大多數(shù)轉(zhuǎn)速區(qū)間無(wú)明顯突兀聲音。進(jìn)氣口的總聲壓級(jí)數(shù)據(jù)時(shí)域信號(hào)見(jiàn)圖4(本次測(cè)量時(shí)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋，麥克風(fēng)位于進(jìn)氣口中心位置)。

泄氣管將氣流從中冷器出氣管引出連接到空氣濾清器殼體本身。

從階次跟蹤上評(píng)估車(chē)內(nèi)噪聲水平，總聲壓級(jí)線性度較好，加速聲連續(xù)無(wú)起伏，4階在高轉(zhuǎn)速工況下，階次曲線接近總聲壓級(jí)曲線，4階、6階、8階在調(diào)校后在頻率上呈現(xiàn)較好的交替起伏，聽(tīng)覺(jué)上較舒適。

圖4 車(chē)內(nèi)噪聲頻譜圖

集成式泄壓閥與采用分離式泄壓閥即泄壓管連接諧振腔方案后的頻譜對(duì)比圖，從頻譜圖對(duì)比看出分離式泄壓閥聲音能量減少了很多，降噪效果明顯。

多次測(cè)量的結(jié)果都表明采用泄壓管方案會(huì)比采用集成式泄壓閥的方案顯著降低泄氣聲。

當(dāng)轉(zhuǎn)速在1500～3000 rpm范圍內(nèi)，4階對(duì)聲音起作用，聲音會(huì)比較急促，如果2階在此范圍過(guò)高，靠近總聲壓級(jí)曲線會(huì)造成轟鳴。

3.2 頻域特征分析

圖5和圖6分別為測(cè)得的進(jìn)氣管口和駕駛員耳旁邊的聲音頻譜，讀圖可以得到以下信息：

圖5 進(jìn)氣管口泄氣聲頻譜

(1)進(jìn)氣管口泄氣聲均為1000 Hz以上的寬帶噪聲，原集成式泄氣閥1000～1500 Hz，2600 Hz，3500～5500 Hz，8000～9000 Hz均比分離式噪聲大，其中集成式泄氣閥靠近進(jìn)氣管口，而分離式則遠(yuǎn)離，也是造成進(jìn)氣管口泄氣聲的原因。

駕駛員耳旁泄氣聲均為1000 Hz以上的寬帶噪聲，在3檔2500 rpm工況下，分離式泄氣閥比集成式泄氣閥噪聲有一定程度降低，在4檔2000 rpm工況下，也有明顯改善。

圖6 駕駛員耳旁泄氣聲頻譜

根據(jù)三個(gè)泄氣閥位置的數(shù)據(jù)比較，當(dāng)泄氣管從中冷器出氣管引出連接到空氣濾清器的諧振腔時(shí)，NVH效果最好，為最佳方案。

測(cè)試在半消聲室中，保證實(shí)驗(yàn)室始終處于安靜狀態(tài)，保證獲得更加穩(wěn)定可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)，在測(cè)試中，為了保證數(shù)據(jù)的真實(shí)，主要針對(duì)車(chē)輛道路上的行駛狀態(tài)模仿，選取平滑瀝青路面作為實(shí)驗(yàn)室中轉(zhuǎn)轂面，車(chē)輛能夠以車(chē)帶動(dòng)轂面的方式來(lái)進(jìn)行轂面的行駛。測(cè)試的范圍應(yīng)當(dāng)從發(fā)動(dòng)機(jī)最低可能的轉(zhuǎn)速逐漸轉(zhuǎn)化為最大可用轉(zhuǎn)速，基于此方案進(jìn)行進(jìn)氣系統(tǒng)調(diào)音，期望在不影響進(jìn)氣口加速噪聲的前提下改善車(chē)內(nèi)泄氣聲。

3.3 進(jìn)氣系統(tǒng)調(diào)音結(jié)果

調(diào)音測(cè)量時(shí)打開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋，將進(jìn)氣系統(tǒng)隔離出來(lái)，并屏蔽發(fā)動(dòng)機(jī)其他噪聲；測(cè)點(diǎn)位置為進(jìn)氣口和駕駛員耳側(cè)。在測(cè)試過(guò)程中，主要通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)車(chē)輛加速期間所產(chǎn)生的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)與噪聲時(shí)域信號(hào)，并且經(jīng)過(guò)采集系統(tǒng)的分析處理之后，即可得出總聲壓級(jí)和階次噪聲。針對(duì)加速噪聲處理，常規(guī)情況下是通過(guò)階次分析原理來(lái)完成噪聲的采樣分析，再經(jīng)由軟件來(lái)完成噪聲信號(hào)處理，本次調(diào)音共經(jīng)過(guò)六輪測(cè)試，將原始方案和最終的方案對(duì)比如圖7所示。

總結(jié)：從圖7進(jìn)氣口噪音曲線可以看出，在2000 rpm到2500 rpm總的噪音通過(guò)調(diào)音的需要增加了4個(gè)高頻消聲管，調(diào)整了1/4波長(zhǎng)管的長(zhǎng)度，最終方案的進(jìn)氣口加速總噪聲下降了3 dB。

圖7 進(jìn)氣口噪音結(jié)果

4 總結(jié)

本文對(duì)匹配增壓發(fā)動(dòng)機(jī)的整車(chē)收油門(mén)時(shí)的泄氣聲研究主要側(cè)重于通過(guò)氣流通道的優(yōu)化來(lái)解決問(wèn)題，通過(guò)對(duì)氣流導(dǎo)回不同位置時(shí)測(cè)的響度與尖銳度的比較分析，以及對(duì)不同方案下駕駛員耳旁聲級(jí)和進(jìn)氣管口聲級(jí)的比較分析，找到解決問(wèn)題的最佳優(yōu)化結(jié)構(gòu)，這對(duì)增壓發(fā)動(dòng)機(jī)泄氣聲的解決提供了可以借鑒的例子，有參考意義。