渦輪增壓發動機進氣噪聲控制詳解，值得收藏

2017-07-03  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

來源:根據百度文庫匡小紅的PPT講義《渦輪增壓噪聲控制》整理

增壓發動機進氣噪聲控制概述

1. 典型進氣噪聲

Whoose噪聲及嘯叫噪聲是增壓發動機最常見、最典型的進氣噪聲。

Whoose噪聲特征:

• 發動機低轉速時開始出現,一般在2000rpm左右。

• 頻率高,一般在1000Hz以上。

• 頻帶寬,分布不均勻。

嘯叫噪聲特征:

• 發動機低轉速時開始出現,一般在1800rpm左右。

• 頻率是增壓器旋轉頻率的整數倍。

• 呈無規則曲線狀態。

2. 聲源特性分析

自然吸氣發動機聲源:

• 高頻噪聲較小。

• 由中低頻階次噪聲主導。

渦輪增壓發動機聲源:

• 由高頻Whoose噪聲主導。

• 中低頻階次噪聲較小。

• 存在進氣嘯叫風險。

問題:什么樣的結構導致了增壓進氣聲源中低頻削弱,高頻增強?

3. 對應進氣系統結構

增壓發動機進氣系統

增壓發動機進氣系統:

原因:

• 進氣管路長度一般在3米以上

• 存在兩個聲源——發動機和增壓器

結果:

• 一般無低頻消聲元件

• 著重中高頻噪聲的控制

自然吸氣發動機進氣系統

自然吸氣發動機進氣系統

自然吸氣發動機進氣系統:

原因:

• 進氣管路長度一般在1.5米以內

• 只存在發動機一個聲源

結果:

• 一般含有低頻消聲元件

• 著重低頻噪聲的控制

4. 噪聲振動組成

增壓發動機進氣系統振動噪聲組成

空氣聲:空濾器本體、進氣管路(含消聲元件)、中冷器壁面和進氣口等部位的輻射噪聲。

結構聲:空濾器、中冷器和進氣管路支架等傳遞的振動噪聲。

進氣口、空濾出管、中冷進管和中冷出管的輻射噪聲是進氣系統噪聲控制的重點。

Whoose噪聲及嘯叫噪聲的控制占進氣噪聲控制80%的內容。

Whoose噪聲控制

1. Whoose噪聲產生機理

增壓器特性示意圖

增壓器運行曲線進入輕度喘振區域時,發生輕度喘振。

當進氣流量較小時,易進入輕度喘振區域。

Whoose噪聲即輕度喘振噪聲。

速度三角形

當進氣流速較小時,壓葉片根部發生氣體分離。

Whoose噪聲是由壓氣機葉片氣體分離,而產生的紊流噪聲。

2. Whoose噪聲主要傳播途徑

三種最主要的傳播:

• 透氣空濾器出管和中冷進管管壁傳播。

• 氣體壓力脈動激發空濾器出管和中冷進管管壁振動傳播。

• 進氣口逃逸輻射傳播。

3. Whoose噪聲控制

Whoose噪聲的控制有源控制和路徑控制兩種手段。

管壁輻射的Whoose噪聲在增壓發動機進氣輻射噪聲控制中占據重要地位。

進氣口的Whoose噪聲常采用消聲的方式進行控制。

案例1:Whoose噪聲——渦旋進氣結構控制

渦旋進氣結構安裝在壓氣機進口處。

利用渦旋進氣結構改變氣流進入增壓器的角度,來降低氣體分離,實現Whoose噪聲的控制。

案例2:Whoose噪聲——高頻諧振腔控制

高頻諧振腔

可安裝在空濾器進出管和中冷進管上。

利用高頻諧振腔消聲機理,有效降低Whoose噪聲。

案例3:Whoose噪聲——編織管控制

編織管

只能安裝在空濾器進管上。

編織管優越的高頻消聲性能是控制Whoose噪聲的常見方法。

案例4:Whoose噪聲——空濾器本體結構優化控制

空濾器本體局部結構對低頻的消聲性能幾乎無影響,但對高頻音響較大。

可以通過空濾器本體局部結構的優化來改善Whoose噪聲。

案例5:Whoose噪聲——隔聲控制

阻尼材料

阻尼材料+隔聲材料

某個微小部位設計失誤,可能會引起進氣系統設計功虧一簣。

對于Whoose噪聲的控制,管路隔聲不容忽視。

嘯叫噪聲控制

1. 嘯叫噪聲產生機理

脈沖嘯叫

脈沖嘯叫:

• 超聲速情況下,在葉尖部位形成,由系列的沖擊波和膨脹波組成。

• 大小由葉輪制造水平決定,“鋸齒”越規則,脈沖噪聲越小。

• 以空氣聲的形式向外輻射。

動平衡嘯叫

動平衡嘯叫:

• 增壓器轉子動不平衡引起,以結構聲的形式向外傳播。

2. 嘯叫噪聲主要傳播途徑

脈沖嘯叫直接通過中冷進管往外輻射。

動平衡嘯叫通過結構傳遞到中冷器和消聲器后往外輻射。

3. 嘯叫噪聲的控制

嘯叫噪聲控制

增壓器嘯叫分轉子動平衡嘯叫和葉輪脈沖嘯叫兩類。

嘯叫控制與Whoose噪聲控制有較多相似之處。

嘯叫噪聲的控制要與整車匹配相結合。

案例1:嘯叫噪聲——動平衡控制

壓殼振動比較(Z向)

動平衡值比較(示意)

動平衡嘯叫由渦輪增壓器制造工藝水平決定。

排氣系統和中冷器是動平衡嘯叫的主要輻射部位。

案例2:嘯叫噪聲——排簫式消聲器控制

排簫式消聲器傳遞損失

排簫式消聲器工藝簡單,價格低廉是控制嘯叫噪聲的理想方案。

案例3:嘯叫噪聲——高頻諧振腔控制

種類繁多,設計精巧

高頻諧振腔具有消聲頻帶寬、消聲量大的特點是控制脈沖嘯叫的常見結構。

高頻諧振腔安置在靠近壓氣機出口側。

案例4:嘯叫噪聲——隔聲控制

中冷器進管管壁是脈沖嘯叫噪聲主要輻射部位。

采用隔聲性能好的剛才替代橡膠材料可以改善增壓器嘯叫問題。

其他噪聲振動控制

1. 控制方式

增壓發動機進氣系統噪聲除常見的Whoose噪聲和嘯叫外,還包含喘振噪聲、泄氣噪聲、控制閥敲擊噪聲、支架振動等。

2. 支架振動控制

支架組成:空濾器支架、管路支架、中冷器支架和渦輪增壓器支架。

空濾器支架隔振不足

管路支架剛度不足

空濾器隔振元件設計不當,可能對車內產生5dB(A)的影響。

設計中需考慮中冷器管路支架的安裝位置和剛度。

渦輪增壓器支架設計不當,可能引起哀鳴聲。

3. 泄氣噪聲控制

泄氣噪聲:泄氣閥泄流而引起的一種高頻氣流噪聲。

組合消聲控制

泄氣噪聲為寬頻帶高頻噪聲。

泄氣噪聲是一種瞬態噪聲,在整車特定工況下發生。

進氣系統采用寬頻帶的組合消聲元件,可使增壓器泄氣噪聲降低。

4. 閥座敲擊控制

閥座敲擊:廢氣閥和泄氣閥閥座敲擊問題。

泄氣控制閥

廢氣控制閥

泄氣閥關閉瞬間,會發生振動沖擊,產生敲擊噪聲。

當Pm+Pq>Py時,廢氣閥開啟,因Pm、Pq的脈動作用,可能引起廢氣閥敲擊。

降低Pm、Pq的脈動控制廢氣閥敲擊。

5. 喘振噪聲識別

喘振識別:通過壓力、溫度和噪聲三要素來進行識別。

進氣喘振噪聲由多種聲音特征,如何識別喘振是喘振噪聲控制的第一步。

壓力傳感器布置在壓氣機出口的直管段。

溫度傳感器布置在壓氣機進口靠近壓葉輪。

溫度升高、壓力脈動與車內異常噪聲同時發生是識別喘振噪聲的一個依據。

6. 喘振噪聲控制

喘振噪聲控制:可通過路徑和源來進行控制。

空濾器內插管

喘振余量調整

對于深度喘振一般是通過調整喘振余量來進行控制。

輕度喘振可以從源和路徑上進行控制。

喘振噪聲的控制涉及到進氣管路匹配、整車電噴匹配、增壓器與發動機匹配等方面的內容,從源上控制技術難度較大。

7. 其他

分段式塑料管相對于一段式橡膠管具有更好的防輻射能力

在中冷器管路的設計中,應考慮管路的結構形式、長度、材料及壁厚。

葉片通過噪聲(BPF)是葉片切割空氣而產生,頻率與葉片數和轉子轉速有關。

葉尖間隙噪聲(TCN)是由于氣流流過葉尖與壓殼間隙而產生。

總結

進氣口噪聲控制為基礎、增壓器噪聲控制為難點、管路噪聲控制為關鍵。

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