李盛福，潘宇倩

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

引言

隨著汽車的快速發(fā)展，汽車的NVH問題愈發(fā)受到關(guān)注，用戶對汽車的舒適性要求提高[1]。渦輪增壓器技術(shù)通過提高渦輪增壓器提高進氣密度,可全面改善發(fā)動機的動力性、經(jīng)濟性和排放指標等性能，同時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對汽車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)子動力相關(guān)的噪聲和與空氣相關(guān)的噪聲。其中轉(zhuǎn)子動力噪聲 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；空氣動力噪聲包括脈動嘯叫、BPF噪聲、Whoosh噪聲、Whining噪聲和Buzz-Saw噪聲[2]。S Wang等通過設(shè)計消聲器來降低渦輪增壓器的同步脈沖噪聲[3]。Moritz J等深入研究了進氣擾動條件對渦輪增壓器輻射噪聲的影響[4]。韋玲玲等通過控制系統(tǒng)軟件硬件匹配改善了增壓器電子泄壓閥噪聲[5]。李偉等通過增大流道喉舌與渦輪進口距離、增加渦輪葉片等改善渦輪BPF噪聲[6]。楊景玲通過在執(zhí)行器入口處增加了一個穩(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

本文針對某乘用車大油門加速工況前艙傳來的氣流沖擊聲及敲擊聲，采用主觀評價、聲源定位、傳遞路徑法等方法鎖定聲源，并針對問題點提出了優(yōu)化方案，有效的解決大油門加速工況異響問題。

1 加速工況異響問題定義與分析

搭載N15T+CVT/MT的某平臺車型在進行NVH主觀評價時，發(fā)現(xiàn)在中大油門加速時，在2 000 rpm左右前艙傳來氣流沖擊聲，并伴隨金屬敲擊聲。

針對提出的大油門加速工況異響問題，因在MT和CVT的車上均出現(xiàn)該問題且由前艙傳來，初步分析該問題與發(fā)動機相關(guān)，為鎖定問題的原因，測試某車型乘用車在全油門加速工況下的駕駛員右耳、發(fā)動機近場噪聲，駕駛員右耳處坎貝爾圖如圖2所示。查看分析實車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，見圖2的白框部分，通過對聲音進行回放分析，確認與主觀評價時聽到的氣流聲一致。

由上可知，氣流聲的產(chǎn)生與發(fā)動機轉(zhuǎn)速相關(guān)，頻帶較寬，且從前艙傳遞過來，在變速箱、中冷管、增壓器、空濾上布置振動傳感器及近場麥克風，并布置聲學相機同步采集，在NVH四驅(qū)轉(zhuǎn)鼓實驗室中進行全油門加速工況測試。通過聲學相機的測試結(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坎貝爾圖發(fā)現(xiàn)2 000 rpm左右的寬頻振動現(xiàn)象（如圖3所示），通過在執(zhí)行器上布置振動傳感器發(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

為進一步鎖定問題部件，設(shè)計了兩個驗證方案，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)計的兩個方案皆有效果，在2 000 rpm左右的寬頻噪聲能量降低，主觀評價有改善。

圖5 驗證方案圖

圖6 驗證方案結(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氣動缸，一端與增壓器的壓氣機相連接，膜片上方的壓力就等于壓氣機中的壓力，另一端與廢氣旁通閥相連接。當壓氣機中的增壓壓力超過預(yù)定值時，氣壓推動膜片壓縮彈簧，使推桿向外推出，將廢氣旁通閥門打開，引導部分廢氣不再經(jīng)過渦輪，而是從安裝在渦輪之前的旁通閥直接進入排氣管，這樣就可以減少推動渦輪轉(zhuǎn)動的廢氣的數(shù)量和壓力，進而降低渦輪轉(zhuǎn)速，降低增壓壓力，避免發(fā)動機由于“過增壓”而導致的飛車現(xiàn)象。當壓氣機壓力降低到一定值時，膜片上方的壓力不足以克服彈簧的彈力，彈簧就會彈回，帶動連桿運動關(guān)閉旁通閥，廢氣又全部推動渦輪運轉(zhuǎn)，增壓壓力重新增高，直到下一次旁通閥開啟。就這樣循環(huán)進行，發(fā)動機的增壓壓力就被控制在一個固定的數(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時存在寬頻的氣流聲，在渦輪增壓器急劇增扭時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；在加速過程中廢氣旁通閥從關(guān)閉到完全開啟時，在增壓器排氣壓力脈動（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，撞擊搖臂，產(chǎn)生rattle聲，從而傳到車內(nèi)。

2 方案整改與驗證

依據(jù)以上的原因，結(jié)合整車NVH開發(fā)的經(jīng)驗，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

在大油門加速工況，渦輪增壓器介入時，受排氣壓力作用，推桿動作，其與搖臂之間存在間隙，若間隙過大則會產(chǎn)生敲擊，查看該零件圖紙的原設(shè)計值為（0.3～0.5）mm，制作系列間隙梯度的樣件（如表1所示）在整車上進行主、客觀評價及測試，結(jié)合工藝與評價結(jié)果，確定最優(yōu)間隙，其測試結(jié)果如圖9所示，2 000 rpm左右能量明顯減弱，主觀評價可接受。

表1 執(zhí)行器推桿與搖臂之間的間隙與主觀評價結(jié)果

圖9 優(yōu)化執(zhí)行器推桿與搖臂之間的間隙測試結(jié)果

2.2 在搖臂和閥體之間增加彈性墊片

在大油門加速工況，渦輪增壓器閥體受脈動氣體沖擊，其與搖臂之間存在間隙，會產(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，測試結(jié)果如圖11所示。從結(jié)果來看，2 000 rpm左右的寬頻噪聲完全消失，主觀評價接受。

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試結(jié)果

3 結(jié)束語

針對某乘用車中大油門加速工況異響噪聲問題，綜合運用主觀評價、聲源定位以及頻譜分析等技術(shù)，確定了問題的主要原因：車內(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，撞擊搖臂，產(chǎn)生rattle聲。根據(jù)產(chǎn)生機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。針對兩種方案，分別進行整車測試評估，量化兩種方案的改善效果。從對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，大大提高了整車的聲品質(zhì)。