weixin 发表于 2017-10-17 11:17

涡轮增压发动机进气噪声控制详解,值得收藏

  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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