刘芯娟，陈友祥，欧阳彩云

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

汽车发动机涡轮增压器噪声研究及优化

刘芯娟，陈友祥，欧阳彩云

（安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

文章阐述了涡轮增压器噪声的表现形式，论述了产生相应噪声的根源及机理，同时针对相关增压器噪声提出相应的解决对策。

涡轮增压器；噪声；机理

CLC NO.:U471.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-41-03

引言

随着国家油耗法规的日益严格,汽车厂商在寻求各种不同方法来改进车辆的燃油经济性，其中发动机增压小型化（降低发动机排量同时采用增压技术）已成为当前的主流技术。但由于涡轮增压器的控制、工作过程复杂，会带来NVH（噪声、振动与舒适性）问题。

由于涡轮增压器引起的噪声种类多样且机理复杂，解决由增压器引起的噪声问题较为困难。本文通过阐述涡轮增压器噪声的表现形式，论述了产生相应噪声的根源及机理，并且针对相关增压器噪声提出相应的解决对策。

1、涡轮增压器噪声类型及传递路径

涡轮增压器是高速运转的机械旋转装置，同时涡轮增压器又处在进排气管路中，通过排气能量压缩新鲜空气做功，因此涡轮增压器产生的噪声复杂，兼具有机械装置的结构振动辐射噪声，又具有空气动力辐射噪声。当前较为常见的涡轮增压器噪声如下：1.涡轮增压器次同步噪声；2.RCV泄气噪声；3.涡轮增压器同步噪声，包括同步振动和同步脉冲噪声；4.涡轮增压器Hiss噪声。其中次同步噪声以及同步振动噪声属于结构振动辐射噪声，可通过与涡轮增压器连接的结构件进行噪声传递，其他的噪声属于空气动力噪声，主要通过进气管路以及整车进气口进行噪声传播。

图1 噪声分类及传递路径

2、涡轮增压器噪声识别、机理及优化

2.1 涡轮增压器次同步噪声

由于涡轮增压器中间体中为浮动轴承或半浮动轴承，当涡轮增压器工作时，当涡轮增压器中间体的机油压力满足要求时，机油油膜会使叶轮及转子悬浮，当叶轮高速旋转时由于机油的黏度，中间转子与轴承之间的油膜产生振荡，并通过中间体壁对外辐射噪声。

图2 涡轮增压器中间体工作示意图

涡轮增压器次同步噪声在驾驶室中表现为低沉的口哨声，尤其在涡轮增压器介入工作整车加减速过程表现尤为明显。在噪声测试的频谱图中噪声以及中间体振动表现如下：

图3 次同步噪声频谱图

根据频谱图可以看出次同步噪声与在中间体上测得的振动频率及趋势完全一致，进一步验证了次同步噪声为结构振动辐射产生的。通常涡轮增压器次同步噪声的频率范围为600HZ-1200HZ。

由于次同步噪声主要与中间转子及油膜振荡有关，故通常可以通过优化中间转子及油膜结构降低或消除次同步噪声。一方面可以减小中间体轴承与中间转子之间的间隙，即减小中间体轴承与中间轴间的油膜厚度，以减小油膜振荡幅度，从而降低振动能量，但采用该方案需保证中间轴承与中间转子油膜压力建立满足要求，两者不会卡滞；另一方面可以通过改变中间体中的油膜长度，即降低轴承与中间体壁的接触面积，以降低油膜振荡通过中间体壁对外辐射，通过以上两种方式均可有效降低次同步噪声。

图4 中间体结构优化

2.2 涡轮增压器RCV泄气噪声

当前为了保证涡轮增压器在发动机急加速后突然松开油门踏板急减速过程中，由于节气门关闭导致导致涡轮增压器后压力过大，导致涡轮增压器喘振；同时为了保证在继续重新加速过程中涡轮增压器快速响应，通常在涡轮增压器后设置再循环阀（RCV），保证开启时增压后高压气体回流到增压前。但是开启瞬间高压气流通过泄压阀时会产生瞬间的冲击噪声，类似于气体瞬间膨胀的爆炸声。

通常在RCV开启瞬间噪声最强烈，人耳最难接受，并且表现为宽频噪声，频率范围可以由500HZ-20000HZ，在测得的噪声频谱图表现如下：

图5 RCV泄气噪声频谱图

针对上述泄气噪声，可以通过以下措施降低：1.将当前集成在压气机壳体上的RCV及泄气管路采用外置式，同时在泄气管路中涂覆隔声橡胶，以降低噪声通过管路外壁对外辐射；2.在涡轮增压器前和涡轮增压器后管路中增加谐振腔，以降低泄气噪声，同时增加涡轮增压器前后连接管路的厚度，以降低噪声辐射；3.优化发动机与整车标定，保证节气门开闭时间与RCV阀开启时间较优的配合，避免较大的气流冲击。

2.3 涡轮增压器同步噪声

在涡轮增压器工作中存在一种与涡轮增压器转速同步的啸叫声，噪声频率随涡轮增压器转速增加而提高。一般该噪声包括同步振动噪声和同步脉冲噪声，与涡轮增压器中间转子和叶轮动不平衡量以及叶轮加工水平有较大关系。一方面当叶轮及转子高速旋转时，由于动不平衡产生周期性激励振动，此为结构振动噪声；另一方面由于叶轮制造加工不一致造成叶轮和转子旋转时，涡轮增压器中的气流会产生周期性波动，此为气流脉冲噪声。两者之间可以通过测量涡轮增压器中间体的振动以及涡轮增压器压后气流压力波动区分，通常频率为0-4000HZ，噪声频谱图表现如下：

图6 增压器同步噪声频谱图

针对上述噪声，可以采用下列手段：1.控制叶轮及中间转子的动不平衡，即g值，同时控制叶轮制造精度；2.在涡轮增压器前和涡轮增压器后管路中增加谐振腔，降低由于气流脉冲造成的同步噪声。

2.4 涡轮增压器Hiss噪声

Hiss噪声在涡轮增压器中较常见，通常在下列两种工况交易发生：1.发动机油门瞬时减速；2.发动机油门瞬时加速、涡轮增压器转速快速上升。在上述工况较易出现Hiss噪声主要是因为在发动机高压比和小流量时，涡轮增压器工作区域靠近喘振线，引起涡轮增压器工作不稳定，气流与涡轮增压器叶片分离，增压器叶片由于气流紊流冲击而抖动造成。通常上述噪声出现在发动机转速为1500rpm-3000rpm，并且该噪声表现为宽频，一般噪声频率为3000HZ-5000HZ较明显，该噪声频谱图如下：

图7 增压器Hiss噪声频谱图

针对上述噪声，可以通过下列途径解决：（1）在涡轮增压器匹配选型时，尽可能留出足够的喘振裕度，在保证发动机性能的情况下，让发动机运行线远离涡轮增压器的喘振线；（2）在涡轮增压器进气口处设置沟槽结构，避免增压器入口处的紊流气体及噪声向前传播；（3）在涡轮增压器进出气口处布置相应噪声频率的谐振消声器。

3、结论

本文描述了几种常见的涡轮增压器噪声特点及表现形式，分析了上述噪声的产生机理，并且根据相应的噪声提出了对应的解决措施，以实现降低噪声提升涡轮增压器NVH性能的目的。

[1] 庞剑,谌刚,何华等.汽车噪声与振动北京理工出版社.2006.

[2] 李志远,刘涛,刘淑军.涡轮增压器泄压噪声试验研究.中国汽车工程学会年会论文集 2015.

[3] Charlie Teng And Steve Homco Investigation Of Compressor Who -ose Noise In Automotive Turbochargers. SAE 2009.

[4] 王钦庆.几种常见涡轮增压器噪声及其控制.内燃机与动力装置. 2012.

Investigation And Optimization Of Automotive Turbocharger Noise

Liu Xinyun, Chen Youxiang, Ouyang Caiyun
( Anhui Jianghuai automobile Co. Ltd. Technology center, Anhui Hefei 230601 )

This paper describes the manifestation of turbocharger noise,and explains the causes and mechanism of these noises. At the same time the relevant solutions are made to control these turbocharger noises.

Turbocharger; Noise; Mechanism

U471.2

A

1671-7988(2016)07-41-03

刘芯娟，就职于江淮汽车技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.013