增壓器HISS 噪聲和泄氣噪聲優化

陸榮榮，趙文仲

（江淮汽車集團股份有限公司發動機公司動力研究院，安徽，合肥 230601）

HISS 噪聲和泄氣噪聲是增壓汽油發動機上最常見的兩種氣動噪聲。兩種噪聲均是寬頻噪聲，在解決上都有一定的難度。

本文系統闡述HISS 噪聲和泄氣噪聲的產生機理和常見的解決方法，并通過實例系統介紹通過消聲器來降低HISS 噪聲和泄氣噪聲的過程方法和效果。

1 HISS 噪聲

當壓氣機工作在壓氣機map 的喘振線附近時，會產生寬頻（1～3kHz）的噪聲，稱為 HISS 噪聲或者whoosh 噪聲，如圖1 所示。這種噪聲在小型化程度較高的發動機運行在某些特定工況時最容易發生，如全負荷或者急踩油門然后急送油門[1]。

圖1 HISS 噪聲示例

解決HISS 噪聲的方法有以下幾個方面：

（1）優化壓氣機的匹配，選用不同型號的葉輪，使聯合運行曲線往右邊移動，避開輕微喘振線。

（2）優化標定，使聯合運行曲線往右邊移動，避開輕微喘振線。

（3）避免壓氣機進口管路的急劇折彎。

（4）在壓氣機進口設置葉輪旁通再循環結構，如圖2[2]。當發生喘振傾向時，進入葉輪的部分氣流會從蓋板斜孔導出，進入壓氣機入口，再重新進入葉輪，促進氣流延續，防止氣流中斷甚至返氣。

圖2 葉輪旁通再循環結構

（5）使用渦旋進氣結構，如圖3 所示。如果壓氣機入口氣流相對于壓氣機葉片的角度不合適，在葉片根部容易發生氣體分離，而產生紊流噪聲。通過在壓氣機入口安裝渦旋進氣結構，獲得氣流相對葉片較合適的入射角度，從而減小氣體分離，降低輕微喘振傾向。

（6）使用諧振腔消聲器。

圖3 渦旋進氣結構

2 泄氣噪聲

泄氣噪聲也就是再循環閥（CRV 閥）放氣噪音，多見于汽油機，為寬頻噪音，如圖4 所示。

當油門丟掉時，為了將節氣門前的高壓泄掉，CRV 閥打開。高壓高速氣體通過CRV 閥，形成泄氣噪聲，類似于壓縮氣體瞬時膨脹的爆炸聲[3]。

解決泄氣噪聲的方法有以下幾個方面：

（1）優化泄氣通道設計，盡量圓滑，避免存在有尖銳的棱角。

（2）一種工程經驗得知，減小CRV 閥安裝腔室的容積可以有效減低泄氣噪聲，但原理尚不明確。

（3）采用非集成方案，將CRV 閥安裝到進氣管路上可以有效降低泄氣噪聲。

（4）標定優化，讓CRV 閥打開時間較節氣門關閉時間稍稍提前。

（5）使用諧振腔消聲器。

圖4 泄氣噪聲示例

3 實例解析

通過對某款增壓汽油機車輛系統的測試，該車輛發動機的進氣系統在工況一下存在明顯HISS 噪聲，在工況二下存在明顯的泄氣噪聲。

3.1 摸底測試工況

工況一：3 擋全負荷加速至4000rpm(run up)

工況二：2 擋全負荷加速至2500rpm 松油門(tip in/tip out)

3.2 摸底測試

工況一下的噪聲頻譜如圖5 和圖6 所示，工況二下的噪聲頻譜如圖7 和圖8 所示。

圖5 進氣口噪聲

圖6 壓后管路近場噪聲

圖7 進氣口噪聲

圖8 壓后管路近場噪聲

噪聲頻譜表明，工況一下，1800-2500rpm 有寬頻Hiss(“嘶嘶”)聲；工況二下，有明顯的泄氣聲。進氣口噪聲測試結果表明主要噪聲源頻段范圍為：500～1100Hz、1500～1800Hz 以及 2800～3200Hz，壓后管路輻射噪聲測試結果表明主要噪聲源頻段范圍為 1000～2200Hz。

3.3 噪聲優化

針對HISS 噪聲和泄氣噪聲，從以下幾個方面進行優化：

3.3.1 組合式消聲器

通過前面的介紹可知，HISS 噪聲和泄氣噪聲均屬寬頻噪聲。簡單的單腔擴張室消聲器1/4 波長管、1/2 波長管、赫姆霍茲消聲器等均不能消除寬頻噪聲。

通過對噪聲的頻譜圖分析，設計了多腔穿孔管消聲器和插入式擴張腔消聲器的組合方案，布置方案如圖9 所示。這樣可以在較寬廣的頻率段內降低噪聲。

圖9 消聲器布置方案

（1）消聲器設計。組合式的消聲器方案如圖10所示：

圖10 組合式壓前消聲器

消聲器的兩端各有兩個插入式擴張腔消聲器，中間為兩個單腔穿孔消聲器。消聲器設計參數的具體演算過程不再展開。

（2）消聲器仿真和測試。應用GT-POWER 對組合式的消聲器進行了傳遞損失的仿真計算，并制作快速成型件進行了傳遞損失的測試，見圖11。在有效測試范圍內(5500Hz 以內)，第2 輪方案傳遞損失測試值與仿真值吻合較好，說明基本達到設計意圖。而且通過兩輪的調整，傳遞損失覆蓋的頻率段得到很大的拓寬。

圖11 壓前消聲器仿真分析

3.3.2 排簫式消聲器

壓后管路上設計排簫式消聲器，布置方案如圖9 所示。

（1）消聲器設計。單個的1/4 波長管只能降低某個頻率的噪聲，壓后使用的排簫式消聲器其實是將4 個1/4 波長管集成在一塊，形狀類似笙簫，故而稱之為排簫式消聲器。

設計如圖12 所示，設計參數具體演算的過程不再展開。

圖12 排簫式壓后消聲器

排簫式消聲器的具體規格如下：

表1 壓后消聲器技術規格

圖13 壓后消聲器仿真分析

（2）消聲器仿真和測試。如圖13，壓后消聲器的傳遞損失測試頻率與設計值吻合較好，基本滿足設計要求。

3.3.3 優化測試

優化后，工況一測試的頻譜如圖14 和圖15 所示，工況二測試的頻譜如圖16 和圖17 所示。

圖14 進氣口噪聲對比（工況一）

圖15 壓后管路近場噪聲對比（工況一）

圖16 進氣口噪聲對比（工況二）

圖17 壓后管路近場噪聲對比

（1）工況一：安裝消聲器后，車內主觀感受加速時的 HISS 聲(1500～2500rpm)改善明顯。

（2）工況二：安裝消聲器后，壓后管路近場的輻射噪聲在800～3000Hz 范圍內有明顯減弱。