增壓器同步噪聲分析優(yōu)化

趙文仲，許 濤，胡宏德

（江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心發(fā)動機設(shè)計研究院，安徽 合肥 230601）

增壓器已經(jīng)成為汽車發(fā)動機未來的標準技術(shù)配置。增壓器在帶來動力性和經(jīng)濟性提升的同時，隨著顧客對汽車舒適度要求的提高，增壓器的噪聲也日益成為行業(yè)關(guān)注的焦點。廢氣渦輪增壓器的噪聲從大的方面可以分為自激勵結(jié)構(gòu)噪聲和氣動噪聲。結(jié)構(gòu)噪聲主要有同步噪聲、次同步噪聲和廢氣旁通執(zhí)行機構(gòu)噪聲；氣動噪聲主要有BPF噪聲、HISS噪聲、旁通噪聲和泄氣噪聲［1］。

本文結(jié)合案例對同步噪聲進行分析，探討了控制這種噪聲的方法，給出了同步噪聲的評價方法。

1 頻譜特性

同步噪聲和廢氣旁通執(zhí)行機構(gòu)噪聲的頻譜特性見表1。

表1 同步噪聲頻譜特性

2 同步噪聲

同步噪聲，顧名思義，其噪聲頻率較葉輪軸的轉(zhuǎn)頻一致，所以叫同步噪聲。如圖1所示，在頻譜圖上，有兩條亮線：右邊的一條線，不同增壓器轉(zhuǎn)速下，噪聲頻率與增壓器的轉(zhuǎn)頻相同，屬于同步噪聲。

圖1 同步噪聲和次同步噪聲示

同步噪聲主要與兩個要素有關(guān)：轉(zhuǎn)子的殘余不平衡量和轉(zhuǎn)子脈沖。

2.1 同步振動噪聲

回轉(zhuǎn)體由于質(zhì)量分布不均，旋轉(zhuǎn)時離心慣性力如果不能平衡，會給轉(zhuǎn)子帶來振動。殘余不平衡量表征回轉(zhuǎn)體的不平衡程度。

由于制造的問題，葉輪轉(zhuǎn)軸不可避免的存在殘余不平衡量，這樣，渦輪轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生一次激勵。轉(zhuǎn)子經(jīng)過靜平衡后，質(zhì)心調(diào)整到旋轉(zhuǎn)中心線上。但轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于質(zhì)量的分布不均，很有可能在通過選裝中心線的平面上出現(xiàn)一個力偶，這種情況稱為轉(zhuǎn)子動不平衡。轉(zhuǎn)子動平衡就是指消除轉(zhuǎn)子動不平衡所做的工作。對增壓器轉(zhuǎn)子，常采用在轉(zhuǎn)子的兩端端面上進行去重，人為地使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生一個力偶，用以抵消原來的動不平衡力偶，降低殘余不平衡量至可接受范圍，如圖2所示。

圖2 增壓器動平衡機

2.2 同步脈動噪聲

葉輪各葉片之間也不可避免的存在一些差異，或者葉輪葉片存在一定的缺陷，這樣，會引起氣流的波動，渦輪轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生一次激勵。在壓氣機出口的壓力波動程度稱為脈沖值，一般將壓力波動的振幅控制在200Pa以內(nèi)。有時會將壓力信號轉(zhuǎn)化為電壓值信號來表示。

2.3 控制同步噪聲的方法

解決同步噪聲的方法有以下幾個方面：

（1）由動平衡引起的同步噪聲，主要控制方法是降低其轉(zhuǎn)子總成的不平衡量，也就是所謂的G值（重力加速度），目前各個廠家的策略是對其進行雙面動平衡去重控制，全轉(zhuǎn)速段監(jiān)控 G 值［2］。

（2）脈沖噪音的解決方法就是加強葉輪的質(zhì)量控制，提升葉片間的一致性，減少脈沖值。就目前接觸的廠家來說，主要方案是把葉輪由鑄造改為銑削。如此可提升葉輪的精度，減少尺寸公差。

3 案例分享

本文所述的汽油增壓發(fā)動機的技術(shù)指標如下，該款增壓器在進行摸底測試時表現(xiàn)出典型的同步噪聲。

表2 發(fā)動機技術(shù)參數(shù)

3.1 同步噪聲優(yōu)化

同步噪聲分為同步振動噪聲和同步脈動噪聲，分別由葉輪軸的動平衡量和脈沖值表征。兩種同步噪聲的頻率是一致的，因此只能先控制其中的一種噪聲至良好水平，再去評價另一種噪聲指標。

對同步噪聲的評價常采用專家評價法，即對不同的噪聲水平進行主觀評價，評價準則見表3。

表3 噪聲評價準則

3.2 樣件制作

樣件制作原則：

①控制葉片的脈沖值在一個比較優(yōu)秀的水平（1#和2#增壓器），排除脈沖的影響，評價不同動平衡度對噪聲的影響，選擇一個合適的動平衡度。

②將動平衡度控制在一個很好的水平（3#和4#增壓器），排除動平衡的影響，評價不同脈沖值對噪聲的影響，選擇一個合適的脈沖值。

四款增壓器樣件的具體規(guī)格見表4。

表4 增壓器樣件制作

3.3 傳感器布置

在增壓器進油螺栓上布置振動傳感器，在駕駛員右耳處布置麥克風。

圖3 振動傳感器布置

圖4 麥克風布置

3.4 測試工況

3 gear WOT（三擋全油門加速工況）。

3.5 測試結(jié)果

四款增壓器的振動和噪聲的測量如圖5～圖8所示。

圖5 1#增壓器振動和噪聲

圖6 2#增壓器振動和噪聲

圖7 3#增壓器振動和噪聲

3.6 評價結(jié)果

（1）1#增壓器試驗過程的主觀評價等級為8級，優(yōu)于2#增壓器，建議采用此動平衡度。

（2）3#增壓器脈沖值為13 mV，在實驗過程中的主觀評價等級為6級，仍有微弱的脈沖噪聲，建議設(shè)定脈沖值為12mV。

4 結(jié)語

增壓器的同步振動和同步脈動無法根本消除，關(guān)鍵是要控制同步振動和同步脈動在合理范圍內(nèi)，從而控制增壓器的同步噪聲。本文介紹了增壓同步噪聲的種類和產(chǎn)生機理及控制方法，給出了增壓器同步噪聲的專家評價指標，并結(jié)合案例給出了增壓器同步噪聲優(yōu)化的過程方法，給增壓器的同步噪聲控制有一定的參考意義。