某汽油機渦輪增壓器廢氣旁通閥噪聲優化

侯亦波，許濤，陸榮榮，胡宏德

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某汽油機渦輪增壓器廢氣旁通閥噪聲優化

侯亦波，許濤，陸榮榮，胡宏德

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

為解決整車急加速過程中渦輪增壓器部位產生的“嘶啦”異響，采用LMS Test Lab軟件在整車上進行了測試。根據測試結果，同時結合經驗通過排除法診斷，確定產生異響的部位為渦輪增壓器廢氣旁通閥處，經分析主要因為閥門與閥座的間隙較大，整車在急加速過程中，廢氣旁通閥門在執行器入口及發動機排氣壓力脈動的作用下，閥門抖動偏大產生敲擊聲，通過優化閥門與閥座之間的間隙，經試驗驗證能有效消除異響。

增壓器；廢氣旁通閥；異響；噪聲

1 前言

為響應國家節能、環保、安全的各項政策及法規要求，目前越來越多的汽車發動機采用渦輪增壓器，渦輪增壓器在提高發動機動力性、經濟性的同時，也帶來了一些噪聲及振動方面的困擾，隨著消費者對汽車舒適性要求越來越高，開發高性能低噪聲的發動機已經成了各主機廠追求的目標。

對于增壓發動機而言，增壓器的噪聲是發動機的主要噪聲源，比較典型的有次同步噪聲、同步噪聲、BPF噪聲、廢氣旁通閥噪聲等多種噪聲，而每種噪聲產生的機理都不同，因此相應的降噪措施也不同。本文研究的是某汽油機渦輪增壓器廢氣旁通閥噪聲，對其噪聲產生的原因進行分析，并進行相應優化，最終進行試驗驗證。

2 現狀分析

圖1 噪聲頻譜

某汽油增壓車型在NVH測試評價過程中，反饋在駕駛室能夠聽到“嘶啦”異響，主要工況為2檔或3檔全油門急加速至3000rpm過程中，采用LMS Test Lab軟件在整車上進行了測試，通過頻譜分析，異響能量主要集中在3000Hz～11000Hz。

3 原因分析

通過頻譜可以看出此噪聲為寬頻噪聲，通過排除的方法，同時結合增壓器不同噪聲頻譜的特點，可以較容易排除增壓器次同步噪聲、同步噪聲、BPF噪聲等典型噪聲，結合主觀聽到的噪聲特點，可以初步判斷為增壓器廢氣旁通閥噪聲。

廢氣旁通閥噪聲產生的主要機理是：整車在急加速過程中，廢氣旁通閥門在執行器入口及發動機排氣壓力脈動的作用下，閥門抖動偏大產生敲擊聲，從而發出“嘶啦”異響；如果2所示，對于4缸4沖程發動機，曲軸每旋轉1圈，分別有2個缸先后進行排氣，排氣形成壓力脈動，當整車標定控制放氣閥門打開時，脈動氣體通過閥口，由于閥門與閥座之間設計存在間隙(為了保證閥門關閉后的密閉性)，脈動氣體沖擊閥門并與閥座之間形成敲擊，此處敲擊主要受發動機排氣二階控制。

放氣閥門的開閉量是通過PWM閥占空比信號調節氣體壓力大小，實現不同的對彈簧壓緊力而帶動連軸曲柄旋轉來實現，PWM信號采用高/低電平計算有效值來控制三通閥的位置，高/低電平間的轉換會造成執行器壓力的脈動，從而使彈簧、連軸曲柄振動，連軸曲柄的振動會造成閥門與閥座之間形成敲擊，此處敲擊主要受PWM頻率控制，高/低電平占比和頻率對脈沖強弱有很大關系。

圖2 廢氣旁通閥控制原理圖

目前此噪聲較為成熟的解決方案是在壓力源上加個穩壓腔，以減少彈簧、連軸曲柄的振動，因為此方案較為容易驗證，所以針對此方案進行了驗證，經驗證增壓器廢氣旁通閥“嘶啦”異響消失，也進一步驗證了噪音源判斷正確，由于穩壓腔體積較大，目前整車布置空間有限，所以加穩壓腔的方案雖可行，但很難實施，需要另外采取新的解決方案。

4 方案制定及驗證

4.1 方案制定

通過以上分析，可以看出影響廢氣旁通閥噪聲的主要原因有以下三點：

→四缸發動機的排氣脈沖導致閥門與閥座產生振動敲擊；

→PWM閥控制的壓力源存在壓力脈動導致閥門與閥座產生振動敲擊；

→閥門與閥座之間的間隙設計不合理，易產生較明顯的振動噪聲。

針對以上三點，第一點是發動機工作產生的壓力脈沖，是由發動機的工作原理決定的，目前沒有有效的措施消除；第二點可以通過增加穩壓腔的方案解決壓力源脈動的問題，此方案確實能夠有效消除此噪聲，但此方案在已量產的車上沒有足夠的空間布置，目前只能針對第三點制定相應的優化方案，閥門與閥座原始的設計間隙為0.7mm±0.2mm，通過競品對比分析，此設計間隙偏大，易產生較明顯的振動敲擊噪聲，需優化閥門與閥座之間的間隙，結合增壓器廠家的設計數據庫及競品數據，將閥門與閥座之間的間隙設計為0.4mm±0.1mm較為合理。

圖3 廢氣旁通閥閥門與閥座

4.2 試驗驗證

優化樣件到件后首先進行整車NVH測試，測試工況為2檔及3檔全油門急加速至3000rpm，此工況的噪聲最明顯。從測試結果來看（如圖4所示），優化方案噪聲相比原狀態下降了5-20dB（A），主觀評價也較好，增壓器廢氣旁通閥“嘶啦”異響消失。

圖4 噪聲頻譜對比圖

5 結論

隨著國家節能、環保法規的日益趨嚴，小排量汽油渦輪增壓技術將成為以后的主流技術，能進一步提升發動機的動力性與經濟性，但渦輪增壓技術在給人們帶來澎湃動力的同時，其產生的各種噪聲也是困擾渦輪增壓器設計人員的難題。從本文的研究結果來看，影響廢氣旁通閥噪聲的因素有多種，解決措施也有多種，但設計合理的閥門與閥座間隙是解決廢氣旁通閥噪聲最有效的措施，具有成本低、周期短、作用明顯的特點，所以在設計過程中需要重點把握。

[1] 陳家瑞.汽車構造[M].北京:人民交通出版社.2002,6.

[2] 楊景玲等.發動機增壓器異響產生機理及解決方法研究[J].內燃機工程,2014（6）.

Optimization of Exhaust Gas Bypass Valve of Turbo Charger of some Gasoline Engine

Hou Yibo, Xu Tao, Lu Rongrong, Hu Hongde

( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601 )

To solve the abnormal sound of turbo charger occured during rapid accelerating, the LMS Test Lab Software is used to test on the vehicle. It is confirmed that the noise is at the exhaust gas bypass valve according the test results and experience. The cause can be analyzed as the gap between valve and valve seat. During rapid accelerating, combining the actuator inlet and engine exhaust pressure pulsation, the vibration of valve is greater and knock noise occurs. After optimizing the gap between valve and valve seat, the abnormal noise can be eliminated effectively.

Turbo Charger; Exhaust Gas Bypass Valve; Abnormal Sound; Noise

B

1671-7988(2018)24-61-02

U467

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1671-7988(2018)24-61-02

U467

侯亦波，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.020