涡轮增压发动机进气噪声控制详解，值得收藏

2017-07-03  by:CAE仿真在线  来源:互联网

来源:根据百度文库匡小红的PPT讲义《涡轮增压噪声控制》整理

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

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

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

增压发动机进气系统振动噪声组成

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

增压器特性示意图

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。

速度三角形

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

高频谐振腔

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

编织管

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

阻尼材料

阻尼材料+隔声材料

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

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

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

啸叫噪声控制

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

压壳振动比较(Z向)

动平衡值比较(示意)

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

排箫式消声器传递损失

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。

空滤器支架隔振不足

管路支架刚度不足

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。

组合消声控制

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。

泄气控制阀

废气控制阀

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。

空滤器内插管

喘振余量调整

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。

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