基于降低增壓器HISS噪聲的進氣系統優化方案研究

王博洋，張治國，趙世來，張爽

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基于降低增壓器HISS噪聲的進氣系統優化方案研究

王博洋，張治國，趙世來，張爽

（華晨汽車工程研究院動力總成設計處，遼寧 沈陽 110141）

增壓器HISS噪聲是渦輪增壓發動機常見的噪聲之一，為避免客戶抱怨并改善用戶駕乘體驗，故針對進氣系統展開一系列的研究工作。在進氣系統管路上設計消聲元件，優化增壓器葉輪，并通過CAE分析和NVH測試，以驗證方案的有效性。試驗結果表明，所實施的優化方案能有效地降低增壓器HISS噪聲水平，對相關NVH問題的研究有一定的指導意義。

HISS噪聲；進氣系統；消聲元件

前言

隨著節能減排相關法規愈加嚴苛，渦輪增壓技術應用越來越廣泛。相對自然吸氣發動機，增壓發動機的應用提高了燃油經濟性，但隨之也帶來了令人煩躁的各種噪聲問題，其中進氣系統HISS噪聲是常見的噪聲之一。

1 HISS噪聲的產生

圖1 增壓發動機進氣系統示意圖

增壓發動機工作時，空氣由原始進氣口進入空氣濾清器，經由干凈空氣管提供給渦輪增壓器壓氣機，壓氣機葉輪高速旋轉攪動、擠壓空氣使之變成高壓空氣，高壓空氣經高壓進氣管、中冷器、節氣門傳送到發動機，如圖1所示。在增壓器壓縮氣體以及氣體在管路中流動過程中都會產生氣流噪聲，該噪聲聽覺上很像“HISS”的發音，因此我們稱之為HISS噪聲。HISS噪聲是一種寬頻噪聲，集中在800~5000Hz，主要通過原始進氣口、增壓器本體、中冷前高壓進氣管路管路向外輻射，通過空氣傳播到駕駛室，被用戶所感知。

2 HISS噪聲的測量

車輛由怠速開始全油門加速（簡稱WOT工況），發動機在1800~3000rpm范圍內，駕駛室內能明顯感受到HISS噪聲。某汽車工程研究院通過多次試驗已證實該噪聲在高負荷、急加油門工況下最為明顯，因為發動機負荷越大，增壓器轉速越高，增壓器運行線越靠近喘振線，氣流表面振動越大，因此噪聲最明顯。NVH測試通常在駕駛員右耳（DRE）、高壓進氣管（圖2中中冷管）和原始進氣口布置麥克風。

圖2為某SUV進氣系統初始方案HISS噪聲測試結果頻譜圖，圖中框線示意部分為駕駛員主觀感受到的噪聲頻帶，某研究院NVH評價人員對初始方案HISS噪聲主觀評價僅為5分（滿分10分）。

圖2 進氣系統初始方案HISS噪聲測試結果頻譜圖

3 進氣系統優化

根據測試進氣系統初始方案HISS噪聲確定的頻率范圍和幅值來設計消聲器，分別設計低壓端寬頻消聲器和高壓端消聲器。開發過程中首先采用聲學仿真方法對消聲器進行聲學優化，根據優化結果制作快速樣件，測量快速樣件的傳遞損失并進行聲學調教（如圖3）。傳遞損失公式如下：

其中P—聲壓，S—通道面積，不考慮管路共振（TL=0dB）。

如圖4所示低壓端消聲器傳遞損失，經TL調音后達到設計目標，在600Hz左右的尖峰主要用于預留，在整車調音過程中有針對性的調節消聲頻率。右上角為低壓端消聲器3D模型。

圖4 低壓端消聲器傳遞損失

如圖5所示高壓端消聲器傳遞損失，經TL調音后達到設計目標，在600~1000Hz范圍內的兩個消聲尖峰主要用于預留，在整車調音過程中有針對性的調節消聲頻率。右上角為高壓端消聲器3D模型。

圖5 高壓端消聲器傳遞損失

最終進氣管路優化方案定義為，低壓端干凈空氣管串聯一個7級多孔多狹縫混合寬頻消聲器（見圖6），主要消除由低壓管路和原始進氣口輻射的噪聲。高壓進氣管串聯一個4級多孔消聲器（見圖7），主要消除由高壓進氣管輻射的噪聲。優化增壓器壓葉輪，采用全機加葉輪，提高葉輪尺寸精度，降低葉片表面粗糙度，降低葉輪攪氣過程中氣體表面振動。

圖6 進氣系統低壓端優化方案示意圖

圖7 進氣系統高壓端優化方案示意圖

4 NVH測試

對于以上進氣系統優化方案需要在整車進行背靠背試驗，即用同一臺車分別測試原始進氣系統和優化后的進氣系統噪聲，對比分析方案有效性，并對優化方案進行主觀評分。

按照第2節“HISS噪聲的測量”所敘述的測試方法進行試驗。如圖8所示，原始進氣口消聲頻率跨越700~5000Hz，達到預期效果。如圖9所示，高壓進氣管噪聲得到有效抑制。從圖10駕駛員右耳測試結果來看，HISS噪聲消失。如圖11分析了駕駛員右耳聲壓級，可以看出噪聲降低了5～6dB，顯著降低了車內HISS噪聲。優化后的HISS噪聲主觀評分達到7.5分，達到或超過市場主流競品的NVH水平。

圖8 原始進氣口測試結果頻譜圖

圖9 高壓進氣管測試結果頻譜圖

圖10 駕駛員右耳測試結果頻譜圖

圖11 駕駛員右耳測試結果聲壓級

5 結論

通過對原始進氣系統方案下的HISS噪聲進行測試和分析，確定HISS噪聲的頻率和傳遞路徑，進而設計與之相匹配的消聲器，可以有效地降低HISS噪聲。

隨著市場對增壓發動機的需求，以及客戶對NVH要求的不斷提高，HISS噪聲成為汽車制造廠迫切解決的問題，本文對解決該問題具有一定參考意義。

[1] 李慧彬,周江偉等.車用渦輪增壓器噪聲與振動機理和控制[M].北京:機械工業出版社,2012.

[2] CharlieTeng, SteveHomco. Investigationof Compressor Whoosh Noiseinautomotive Turbocharge[J].SAETechnicalPaper,2009(1).

[3] DominicEvans, AndrewWard. Minimizing Turbocharger Whoosh Noisefor Diesel Powertrains.SAETechnical Paper,2005(1).

Study On Optimization Of Intake System Based On Hiss Noise Reduction

Wang Boyang, Zhang Zhiguo, Zhao Shilai, Zhang Shuang

( Brilliance Auto R＆D Center Power Train Design section, Liaoning Shenyang 110141 )

The turbocharger HISS noise is one of the common noises of turbocharged engines. In order to avoid customers' complaints and improve user driving experience, a series of research work is carried out on the intake system. Design the sound attenuation element on the intake system, optimize the turbocharger impeller, and verify the effectiveness of the scheme through CAE analysis and NVH test. The experimental results show that the proposed optimization scheme can effectively reduce the HISS noise level, and has certain guiding significance to the research on the related NVH problems.

HISS noise; Intake system; Muffler

B

1671-7988(2018)24-97-03

U467

B

1671-7988(2018)24-97-03

U467

王博洋，就職于華晨汽車工程研究院，工程師，主要從事動力總成設計工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.034