10.16638/jki.1671-7988.2017.21.042
柴油机增压器HISS噪声分析及降噪措施研究
黄保科，李凯，胡必谦
（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）
摘要：增压技术已经成为现代柴油发动机不可或缺的技术之一，相比自然吸气增压柴油机不仅可以提升扭矩，而且对降低油耗和排放也做出很大贡献，但是增压器工作产生的噪声问题也越来越受到关注（影响车辆舒适性）。HISS 噪声是增压器应用过程中普遍遇到的一种噪声，文章对增压器HISS噪声产生的机理及优化方法进行了探讨，并通过实际试验对几种降噪措施进行了验证。
关键词：增压器；噪声；HISS声；降噪
中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)21-126-04
HISS noise Analyze And Reducing measure Research on Turbocharger of Diesel engine
Huang Baoke, Li Kai, Hu Biqian
( Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd., Anhui Hefei 230601 )
Abstract: Turbocharger is one of the indispensable technology on modern diesel engine. Turbocharger engine have more excellent torsion compared with natural intake air engine, and also contributed enormously to emission reducing. But the noise of turbocharger have been taken more and more attention, which affect the vehicle’s comfortable feeling. Hiss noise as one of turbocharger’s noise is very universal on application, this paper analyzed the causation of Hiss noise and researched several noise reducing measure(availability) by experiments.
Keywords: turbocharger; noise; HISS noise; reduce noise
CLC NO.: U472 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)21-126-04
前言
在汽车行业的快速发展的今天，人们对汽车驾乘的舒适性越来越关注，不仅是搭载汽油机的汽车，对柴油机汽车的要求也越来越高。而汽车噪声是评价汽车舒适性的关键指标之一。汽车噪声过大会影响汽车的舒适性、语言清晰度，甚至影响驾驶员和乘客的心理、生理健康。汽车噪声主要包括风噪、路面胎噪
及发动机噪声等。
涡轮增压器作为一种流体机械，是利用发动机排气的能量对发动机进气进行压力提升从而提高发动机性能的机械。相比自然吸气，增压发动机不仅可以提升扭矩，而且对降低油耗和排放也做出很大贡献，目前增压技术已经成为现代发动机不可或缺的技术之一。
涡轮增压器使用过程中不可避免的产生噪声问题，增压器噪声对发动机整体噪声的贡献较为明显。据研究带涡轮增压器的发动机总噪声水平往往比不带涡轮增压器的发动机总噪声水平高2~3dB[1]，因此降低增压器的噪声对降低发动机噪声及整车噪声都是有积极意义的。
1 典型的增压器噪声
1.1 同步噪声
在涡轮增压器工作中存在一种与涡轮增压器转速同步的
测试试验
作者简介：黄保科，男，（1983-），硕士研究生，工程师，现就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司，主要从事发动机设计研发工作。
黄保科等：柴油机增压器HISS噪声分析及降噪措施研究127 2017年第21期
噪声，噪声频率随涡轮增压器转速增加而提高。一般该噪声包括同步振动噪声和同步脉冲噪声，与涡轮增压器中间转子和叶轮动不平衡量以及叶轮加工水平有较大关系。一方面当叶轮及转子高速旋转时，由于轮轴不平衡产生周期性激励振动，此为同步结构振动噪声；另一方面由于叶轮制造加工不一致或者叶轮叶片损伤，造成叶轮和转子旋转时，涡轮增压器中的气流会产生周期性波动，此为同步气流脉冲噪声。同步噪声呈现为尖锐的哨子声，哨声频率通常为0~4000HZ，常见于车辆加速过程中。
1.2 次同步噪声
涡轮增压器中间体一般为浮动轴承或半浮动轴承，当涡轮增压器工作时，当涡轮增压器中间体的机油压力满足要求时，机油油膜会使叶轮及转子悬浮，当叶轮高速旋转时由于机油的黏度，中间转子与轴承之间的油膜产生振荡，并通过中间体壁对外辐射噪声。涡轮增压器次同步噪声在驾驶室中表现为低沉的“呜呜”声，尤其在涡轮增压器介入工作整车加减速过程表现尤为明显。通常涡轮增压器次同步噪声的频率范围为600-1200HZ
1.3 BPF噪声
压气机（涡轮机）叶片与压壳（涡壳）的涡舌之间存在一定的间隙，该间隙如果设计不当，当叶片旋转
时会引起气流在该间隙处激荡，产生异常尖锐的金属切割声，该噪声即为BPF（Blade Passing Frequency）噪声。BPF噪声频率非常高，频率值等于叶片数量与叶轮转速的乘积，一般其频率范围为6000~20000HZ。
上述几种涡轮增压器噪声都是由于增压器制造或者设计导致的，属于增压器本体噪声。实际应用过程如果存在这几种噪声，需要对增压器本体的零部件进行优化，比如：同步噪声问题应当优化转子叶轮系统的动平衡值及叶轮加工；次同步噪声问题应当优化中间体轴承与中间转子之间的间隙量或者两者之间的接触面积，避免油膜的震荡；BPF噪声问题应当优化叶片与涡舌之间的间隙或者对叶轮叶片的数量等。除了上述几种本体因素噪声，增压器在应用过程中也会出现噪声，如下述的增压器HISS噪声：
1.4 增压器HISS噪声
压增压器HISS噪声属于应用过程中的气流噪声，产生的主要原因是由于发动机对低速大扭矩的需求，压气机耗气线穿过临近喘振线的软喘振区域导致。在该区域空气流速瞬时变大，气流在压气机叶轮根部产生剥离现象而发生动荡紊乱产生噪声。HISS噪声一般出现在发动机油门瞬时加速、增压器转速在相对短的时间内快速提升的工况下，具有宽泛的频带，出现的频率在500~20000HZ 范围内。
另外也有研究发现当发动机高速或大负荷运行时突然急减油门，发动机空气需求量急速下降，而增压器仍处于高速运转状态，所以发动机实际耗气线就会左移进入喘振区造成喘振，也有研究人员将这种噪声
模式归类到HISS噪声中。图1分别展示了增压器正常运行、接近传真线的软喘振区及明显喘振三种情况下的压轮气流示意，红区域越大表明气体剥离叶轮情况越严重，噪声也越发明显。安徽江淮汽车集团
图1 气流剥离示意图
本文仅对柴油机增压器应用过程中出现的HISS噪声进行研究。
2 柴油机增压器HISS噪声实测
某柴油发动机在路试时，车辆急加速工况有轻微的噪声，通过对噪声出现的工况以及噪声特点判断，该噪声属于增压器HISS噪声。
为进一步确定噪声特征，对该发动机进行了台架复测。经测试分析，确认噪声为增压器HISS声，且确认了HISS噪声几个突出频段。如图2所示FFT频谱，在1750HZ、2250HZ 及2750HZ几个频率附近亮带突出。
图2 某柴油机噪声FFT频谱
采用声学相机定位，显示该噪声源位于增压器压气机进口附近，这与增压器HISS噪声的噪声源是符合的，如图3：
图3 声学相机定位
3 降噪措施
通常降低增压器HISS噪声的方法有以下几种：
一是标定优化；二是压气机进口紊流阻断；三是利用消声器消声；四是被动声学包裹消声。
根据上述降噪思想，有针对性的制定了降噪措施：
汽车实用技术
128 2017年第21期
1）标定优化，尽可能留出足够的喘振裕度，在保证发动机性能的情况下，让发动机耗气线远离涡轮增压器的喘振线，使发动机耗气线处于增压器压气机有效工作MAP中。
2）增压器压气机入口设计降噪环槽，环槽呈燕尾结构，利用环槽的物理阻断作用，阻断压气机入口的紊流气体回流，因此避免噪声的向前置进气管路的传播。图4为增加降噪环槽的实物及环槽结构示意。
图4 降噪环槽
3）根据HISS噪声的噪声频率，有针对性的设计谐振腔，消除突出频率的噪声。谐振腔的原理类似于赫尔姆兹消声腔：既声波在主管路中传播时，遇到谐振腔体时一部分声波进入腔体，引起声音阻抗的变化以达到消声的目的。图5为赫尔姆兹消声腔示意图，图6为针对本次测试柴油机设计的谐振腔，以消除1750~2750HZ频率段的HISS噪声。
图5 赫尔姆兹消声腔示意图
图6 谐振腔
4）对涡轮增压器压气机前进气管路进行优化，增加管路壁厚或者进行声学包裹（图7），降低HISS噪声通过管壁向外界的传播。
图7 管路声学包裹4 降噪措施的验证
对上述几种降噪措施进行了验证：
1）通过标定优化，保证发动机耗气线距离机械喘振线有一定的喘振裕度。
图8 发动机耗气线
2）增压器压气机入口切割降噪环槽方案：原增压器1750~2750HZ频率段噪声亮带明显，压气机入口加降噪环槽后，该频率段噪声降低2dB（A)左右，对增压器HISS气流噪声改善效果较为明显，但气流噪声仍相对突出；在此基础上进一步对增压器进口管路进行声学包裹，气流噪声进一步降低，排气侧在中低转速区间可降低2dB（A）。
图9 降噪环槽方案FFT频谱图图10 噪声值对比3）增压器压气机出口安装谐振腔方案：对（1500-2500Hz）增压器HISS气流噪声改善效果较为明显，可降低排气侧及进气口噪声1-3dB（A)左右。
图11 谐振腔方案FFT频谱图
4）进气管路声学包裹方案：进气低压管路包裹后排气侧在1300~2100转速范围内降低0.5~1dB（A)左右，降噪效果并不明显；（下转第133页）
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机械式油门踏板振动分析及解决措施
曹维维
（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽合肥230601）
摘要：机械式油门踏板通过加速拉丝控制发动机节气门开度，从而控制车速。文章通过对发动机振动通过加速拉丝传递至机械式油门踏板，导致机械式油门踏板振动问题进行分析及验证，从而得出一种解决振动传递的方法。关键词：机械式油门踏板；振动；加速拉丝；配重块
中图分类号：U467.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)21-129-02
Mechanical throttle pedal vibration analysis and solutions
Cao Weiwei
（Echnological Center, Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601）
Abstract: The mechanical accelerator pedal controls the speed of the engine by accelerating drawing control of the throttle of the engine. This article through to the engine vibration by accelerating drawing to mechanical accelerator pedal, lead to mechanical accelerator pedal vibration problem analysis and validation, and conclueded a solution to the vibration transfe. Keywords: mechanical accelerator pedal; vibration; accelerating drawing; counter weight
CLC NO.: U467.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)21-129-02
引言
随着汽车行业的不断发展，消费者对车辆驾驶舒适性要求越来越高。加速拉丝作为连接汽车发动机节气门和机械式油门踏板的部件，可将机械式油门踏板的运动传递至发动机节气门，从而控制发动机节气门的开度，进而达到控制车速的目的。反之，如果发动机在工作时振动量过大，发动机的振动就会通过加速拉丝传递至机械式油门踏板，驾驶员脚部就会有明显振感，影响驾驶舒适性。
1 某MVPV机械式油门踏板振动原因分析
1.1 确定油门踏板的振动是否由整车共振引起
在该MPV的机械式油门踏板不同位置增加几种不同质量的配重块，油门踏板振动问题均未得到任何改善。
1.2 确定油门踏板的振动是否由其他部件的振动传递而来
对该MPV的发动机和油门踏板的振动进行测试，测试数据如下：
图1 发动机振动曲线
图2 机械式油门踏板振动曲线
作者简介：曹维维，底盘设计主管，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心乘用车研究院。