涡轮增压器压气机泄压阀泄气噪声优化

2020-02-25钱超

汽车实用技术 2020年1期

钱超

摘要：为优化某自动挡车型在急加速急收油门工况下涡轮增压器压气机泄气噪声问题，对泄压阀工作原理进行研究，并通过NVH测试设备采集问题工况下的噪声数据并进行分析，确认噪声为压气机泄压阀泄压过程中高压气体快速通过放气旁通流道时产生的气流声。然后，制定了缩短泄压阀行程及节气门缓关标定的优化方案，并制作样件和更新标定程序，搭载整车进行验证。结果显示：缩短泄压阀行程及节气门缓关标定的优化方案能有效改善压气机泄气噪声的问题。关键词：涡轮增压器;泄气噪声;泄压阀行程;节气门缓关中图分类号：U464.135 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2020）01-126-03

Abstract： In order to optimize the rush noise of a turbocharger compressor under the condition of rapid acceleration and rapid throttle collection， the working principle of the by-pass valve is studied. The noise datas are collected and analyzed by the NVH test equipment under the condition of this issue. It is confirmed that the noise is the rapid passage of high pressure gas during the relief process of the compressor by-pass valve， the airflow sound produces in the air bypass channel. Then， the optimization scheme for shortening the stroke of by-pass valve and calibration of slowly closing throttle is formulated， and the sample and updated calibration procedure are made to match the vehicle for verification. The results show that the optimization scheme of shortening the stroke of by-pass valve and calibration of slowly closing throttle can effectively improve the issue of compressor rush noise.Keywords： Turbocharger; Rush Noise; By-pass Valve Travel; Slowly Closing ThrottleCLC NO.： U464.135 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2020）01-126-03

引言

涡轮增压器在发动机上的应用在为汽车带来较好的动力性和经济性的同时，因其结构复杂、高转速、高增压比等特性，不同的工况下会带来不同的NVH问题[1]。其中，驾驶员在行车过程中急加速急收油门的工况也较为常见，该工况下节气门开度迅速减小，压气机在惯性作用下继续压缩空气，气流惯性会对节气门体和压气机叶片进行冲击，在该工况下由ECM控制的电控泄压阀会及时打开，将高压气体从压气机后排入压气机前，减少高压气体在节气门和压气机之间管路的震荡，起到保护节气门和压气机叶片的作用，其示意如图1所示。但是，在泄压阀泄气的过程中会产生其他问题，严重影响客户驾驶感受的泄气噪声就是其中之一。

针对泄压阀泄气噪声优化问题的研究主要集中于在进气系统加装一个或多个消声器等元件对泄气噪声进行吸声[2-7];王鹏等通过更改泄压阀弹簧刚度，使泄压阀及时开启，优化泄压噪声[8];李志远等在增压器后管路上设计中高频消声器的同时，在发动机舱盖上设计吸声棉提升发动机舱的吸、隔声能力，综合改善泄气噪音[9]。本文基于泄压阀泄气噪声的产生机理，从泄压阀行程和节气门关闭策略方面研究噪音优化问题，具有一定的理论和现实意义。

1 泄气噪声产生的机理

1.1 泄压阀的结构和工作原理

如图2（a）所示，电控泄压阀的是由阀芯、阀体、安装法兰及线束接插件等部件组成，如图2（b）所示，阀芯长度为L，直径为D，通常（无需泄压）情况下，电控泄压阀处于断电状态，阀芯处于最长状态L;通电情况下阀体内线圈通电会将带有电磁铁的阀芯吸合，阀芯长度会缩短为L，即阀芯的行程为K=L-L，在K的行程下阀芯封闭的压气机压壳通道被打开，即可完成泄压过程。

1.2 泄气噪声产生的原因

急加速急收油门工况下，电控泄压阀接收ECM指令并通电，通电情况下电控泄压阀阀芯缩短，泄压通道被打开，压气机压缩后的高压气体迅速通过泄压通道排入压气机前，高速的气流会产生泄压噪音，同时由于节气门开度迅速减小，引起气体流量（压力）的波动，在管路内形成噪音。

2 泄气噪声试验研究

2.1 試验工况

本次测试工况采用路试，模拟AVL Drive工况，使用手动挡锁挡模式的M3挡位，加速过程油门踏板开度为100%，工况如图3所示：

（1）M3挡位，发动机转速从1000rpm全油门加速至2000rpm急松油门;

（2）M3挡位，发动机转速从1500rpm全油门加速至2500rpm急松油门;

（3）M3挡位，发动机转速从2000rpm全油门加速至3000rpm急松油门。

2.2 噪声测试结果

本次测试主要测试增压器近场声音，在近增压器压气机处布置了麦克风，测量噪声频谱图。3种测试工况下，测试车辆3挡全油门加速至2500rpm急松油门的噪声最为明显，其频谱图如图4所示，图上的4条竖线即为连续4次急加速急松油门工况下的测试结果。同时，测试车辆在急加速后急松油门工况下，驾驶舱内能明显感觉到增压器的泄气噪音，主观评估为不可接受。

3 泄气噪声优化方案及验证

3.1 泄压阀行程优化

泄气噪音的产生与增压器泄压阀泄压速度紧密相关，基于此研究了一种减缓泄压阀泄压速度的方案—缩短阀芯行程K。阀芯行程缩短后，泄压通道开口减小，压气机压后高压气体向压前泄压的速度减慢，但如果泄压通道过小，泄压噪声会得到恶化。最后，通过制作5組不同行程的增压器样件，装车后整车路试评估，确定了最优泄压行程的涡轮增压器。

3.2 节气门缓关策略

泄气噪音的产生与增压器增压压力也紧密相关，基于此研究了一种降低泄压压力的方案—节气门缓关策略。节气门缓关后，压后高压气体会通过节气门继续进入进气歧管，部分压力得到释放，气流和气压波动的现象将得到缓解，从而会进一步改善泄气噪音。图5所示即为节气门标定更改前后增压相关数据变化，图中竖直虚线时刻为Tip out时刻，标定更改前，节气门开度迅速降低，空气流量和增压压力呈现出大幅波动;标定更改后，节气门前空气流量和增压压力迅速降低，不再呈现大幅波动的情况。通过整车路试评估，节气门标定更改后的泄气噪音得到优化。

4 结论

针对该自动挡车型在急加速急收油门工况下涡轮增压器

压气机泄气噪声问题：1）适当缩短增压器泄压阀行程，减缓了泄压阀的放气速度，能有效改善压气机泄气噪音。2）节气门缓关的标定策略，使得节气门前空气流量和增压压力迅速降低，不再呈现大幅波动的情况，有利于噪音改善。

总之，综合运用上述两个方案能有效改善车辆在急加速急收油门工况下涡轮增压器压气机泄气噪声。

参考文献

[1] 王钦庆.几种常见涡轮增压器噪声及其控制[J].内燃机与动力装置，2012（4）：43-46.

[2] 王康，刘旻，蒋扬峰，等.基于降低增压器泄压阀噪声的进气系统优化方案研究[J].上海汽车， 2015（11）：25-29.

[3] 杨洁丹，何嘉洋，谢旭.穿孔管在优化增压器泄气噪声上的应用[J].时代汽车2019（4）.

[4] 朴红花，陈友祥，王三星.某汽油发动机增压器泄气噪声研究及优化[J].汽车实用技术，2017（12）：7-8.

[5] 郑超，高东东，陈玮，等.某增压汽油机RCV泄气声优化[J].内燃机，2018.

[6] 颜伟，许涛，张增光.增压器Hiss噪声及泄气噪声优化措施[J].汽车实用技术，2017（21）：176-177.

[7] 叶敬安，刘旻，刘淑军，等.增压器泄压阀噪声的进气系统解决方案[J].上海汽车， 2014（11）：26-29.