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涡轮增压发动机进气噪声控制详解，值得收藏

2017-10-17 11:17| 发布者: weixin| 查看: 2037| 评论: 0|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 涡轮增压发动机进气噪声控制详解

　　增压发动机进气噪声控制概述

　　1. 典型进气噪声
　　Whoose噪声及啸叫噪声是增压发动机最常见、最典型的进气噪声。

　　Whoose噪声特征：

　　发动机低转速时开始出现，一般在2000rpm左右。
　　频率高，一般在1000Hz以上。
　　频带宽，分布不均匀。

　　啸叫噪声特征：

　　发动机低转速时开始出现，一般在1800rpm左右。
　　频率是增压器旋转频率的整数倍。
　　呈无规则曲线状态。

　　2. 声源特性分析
　　自然吸气发动机声源：

　　高频噪声较小。
　　由中低频阶次噪声主导。

　　涡轮增压发动机声源：

　　由高频Whoose噪声主导。
　　中低频阶次噪声较小。
　　存在进气啸叫风险。

　　问题：什么样的结构导致了增压进气声源中低频削弱，高频增强?

　　3. 对应进气系统结构

　　增压发动机进气系统：
　　原因：
　　进气管路长度一般在3米以上
　　存在两个声源——发动机和增压器
　　结果：
　　一般无低频消声元件
　　着重中高频噪声的控制自然吸气发动机进气系统

　　自然吸气发动机进气系统：
　　原因：
　　进气管路长度一般在1.5米以内
　　只存在发动机一个声源
　　结果：
　　一般含有低频消声元件
　　着重低频噪声的控制

　　4. 噪声振动组成

　　空气声：空滤器本体、进气管路(含消声元件)、中冷器壁面和进气口等部位的辐射噪声。

　　结构声：空滤器、中冷器和进气管路支架等传递的振动噪声。

　　进气口、空滤出管、中冷进管和中冷出管的辐射噪声是进气系统噪声控制的重点。

　　Whoose噪声及啸叫噪声的控制占进气噪声控制80%的内容。

　　Whoose噪声控制

　　1. Whoose噪声产生机理

　　增压器运行曲线进入轻度喘振区域时，发生轻度喘振。

　　当进气流量较小时，易进入轻度喘振区域。

　　Whoose噪声即轻度喘振噪声。

　　当进气流速较小时，压叶片根部发生气体分离。
　　Whoose噪声是由压气机叶片气体分离，而产生的紊流噪声。

　　2. Whoose噪声主要传播途径

　　三种最主要的传播：
　　透气空滤器出管和中冷进管管壁传播。
　　气体压力脉动激发空滤器出管和中冷进管管壁振动传播。
　　进气口逃逸辐射传播。

　　3. Whoose噪声控制

　　Whoose噪声的控制有源控制和路径控制两种手段。

　　管壁辐射的Whoose噪声在增压发动机进气辐射噪声控制中占据重要地位。

　　进气口的Whoose噪声常采用消声的方式进行控制。

　　案例1：Whoose噪声——涡旋进气结构控制

　　涡旋进气结构安装在压气机进口处。
　　利用涡旋进气结构改变气流进入增压器的角度，来降低气体分离，实现Whoose噪声的控制。

　　案例2：Whoose噪声——高频谐振腔控制

　　可安装在空滤器进出管和中冷进管上。
　　利用高频谐振腔消声机理，有效降低Whoose噪声。

　　案例3：Whoose噪声——编织管控制

　　只能安装在空滤器进管上。
　　编织管优越的高频消声性能是控制Whoose噪声的常见方法。

　　案例4：Whoose噪声——空滤器本体结构优化控制

　　空滤器本体局部结构对低频的消声性能几乎无影响，但对高频音响较大。
　　可以通过空滤器本体局部结构的优化来改善Whoose噪声。

　　案例5：Whoose噪声——隔声控制

　　某个微小部位设计失误，可能会引起进气系统设计功亏一篑。
　　对于Whoose噪声的控制，管路隔声不容忽视。

　　啸叫噪声控制

　　1. 啸叫噪声产生机理

　　脉冲啸叫：
　　超声速情况下，在叶尖部位形成，由系列的冲击波和膨胀波组成。
　　大小由叶轮制造水平决定，“锯齿”越规则，脉冲噪声越小。
　　以空气声的形式向外辐射。

动平衡啸叫：
　　增压器转子动不平衡引起，以结构声的形式向外传播。

　　2. 啸叫噪声主要传播途径

　　脉冲啸叫直接通过中冷进管往外辐射。
　　动平衡啸叫通过结构传递到中冷器和消声器后往外辐射。

　　3. 啸叫噪声的控制

　　增压器啸叫分转子动平衡啸叫和叶轮脉冲啸叫两类。
　　啸叫控制与Whoose噪声控制有较多相似之处。
　　啸叫噪声的控制要与整车匹配相结合。

　　案例1：啸叫噪声——动平衡控制

　　动平衡啸叫由涡轮增压器制造工艺水平决定。
　　排气系统和中冷器是动平衡啸叫的主要辐射部位。

　　案例2：啸叫噪声——排箫式消声器控制

　　排箫式消声器工艺简单，价格低廉是控制啸叫噪声的理想方案。

　　案例3：啸叫噪声——高频谐振腔控制

　　种类繁多，设计精巧
　　高频谐振腔具有消声频带宽、消声量大的特点是控制脉冲啸叫的常见结构。
　　高频谐振腔安置在靠近压气机出口侧。

　　案例4：啸叫噪声——隔声控制

　　中冷器进管管壁是脉冲啸叫噪声主要辐射部位。

　　采用隔声性能好的刚才替代橡胶材料可以改善增压器啸叫问题。

　　其他噪声振动控制

　　1. 控制方式
　　增压发动机进气系统噪声除常见的Whoose噪声和啸叫外，还包含喘振噪声、泄气噪声、控制阀敲击噪声、支架振动等。

　　2. 支架振动控制
　　支架组成：空滤器支架、管路支架、中冷器支架和涡轮增压器支架。

　　空滤器隔振元件设计不当，可能对车内产生5dB(A)的影响。
　　设计中需考虑中冷器管路支架的安装位置和刚度。
　　涡轮增压器支架设计不当，可能引起哀鸣声。

　　3. 泄气噪声控制
　　泄气噪声：泄气阀泄流而引起的一种高频气流噪声。

　　泄气噪声为宽频带高频噪声。
　　泄气噪声是一种瞬态噪声，在整车特定工况下发生。
　　进气系统采用宽频带的组合消声元件，可使增压器泄气噪声降低。

　　4. 阀座敲击控制
　　阀座敲击：废气阀和泄气阀阀座敲击问题。

　　泄气阀关闭瞬间，会发生振动冲击，产生敲击噪声。
　　当Pm+Pq>Py时，废气阀开启，因Pm、Pq的脉动作用，可能引起废气阀敲击。
　　降低Pm、Pq的脉动控制废气阀敲击。

　　5. 喘振噪声识别
　　喘振识别：通过压力、温度和噪声三要素来进行识别。

　　进气喘振噪声由多种声音特征，如何识别喘振是喘振噪声控制的第一步。
　　压力传感器布置在压气机出口的直管段。
　　温度传感器布置在压气机进口靠近压叶轮。
　　温度升高、压力脉动与车内异常噪声同时发生是识别喘振噪声的一个依据。

　　6. 喘振噪声控制
　　喘振噪声控制：可通过路径和源来进行控制。

　　对于深度喘振一般是通过调整喘振余量来进行控制。
　　轻度喘振可以从源和路径上进行控制。
　　喘振噪声的控制涉及到进气管路匹配、整车电喷匹配、增压器与发动机匹配等方面的内容，从源上控制技术难度较大。

　　7. 其他

　　分段式塑料管相对于一段式橡胶管具有更好的防辐射能力

　　在中冷器管路的设计中，应考虑管路的结构形式、长度、材料及壁厚。

　　叶片通过噪声(BPF)是叶片切割空气而产生，频率与叶片数和转子转速有关。

　　叶尖间隙噪声(TCN)是由于气流流过叶尖与压壳间隙而产生。

　　总结

　　进气口噪声控制为基础、增压器噪声控制为难点、管路噪声控制为关键。

　　来源：百度文库匡小红的PPT讲义《涡轮增压噪声控制》
　　声振之家公众号整理

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