某1.4T汽油發(fā)動機渦輪增壓器BPF噪聲問題試驗研究

1、內(nèi)燃機與配件1 概述隨著國內(nèi)顧客對 nvh 的要求越來越高，各整車廠在整車開發(fā)過程中， 對于整車、 動力總成等子系統(tǒng)、 零部件的降噪研究也越來越深入。一般來說， 內(nèi)燃機噪聲是車輛最大的噪聲來源， 同時也是城市環(huán)境噪聲的主要因素，其在生理和心理兩方面都對人類產(chǎn)生嚴重的危害。內(nèi)燃機噪聲按產(chǎn)生的性質(zhì)可分為： 氣體動力噪聲、 燃燒噪聲和機械噪聲。其中進、 排氣噪聲是內(nèi)燃機氣體動力噪聲之一， 是內(nèi)燃機最強的噪聲源。對于增壓內(nèi)燃機而言， 由于在內(nèi)燃機工作時渦輪增壓器的轉(zhuǎn)速很高， 發(fā)出刺耳的高頻噪聲， 通過進、 排氣管的表面輻射出來， 而且其產(chǎn)生的噪聲， 不容易被乘員辨識， 會引起乘員和售后部門的嚴重抱怨。

2、本文針對國內(nèi)某款搭載 1.4l 汽油增壓發(fā)動機車型在開發(fā)過程中 bpf 噪聲問題， 從進氣消聲器輻射噪聲、 不同渦輪殼舌尖與渦輪葉輪間隙聲和振動的源頭， 并運用主觀評價和測試相結(jié)合的方法來研究此問題， 同時也為汽車工程技術人員 nvh 開發(fā)提供借鑒。2 徑流式渦輪的工作原理及 bpf 噪聲當徑流式渦輪工作時， 在渦輪殼入口即發(fā)動機排氣管出口， 氣體具有較高的壓力、 溫度和一定的速度。 由于渦輪殼進氣口有一定的膨脹、 加速作用， 因此在渦輪殼中， 氣體的壓力和溫度降低， 速度迅速升高， 到無葉渦輪殼的舌尖部位時， 氣體的速度達到最高。在葉輪中， 氣體的動能轉(zhuǎn)化為葉輪的機械功， 使氣體的速度大幅降

3、低。 最后氣體通過渦輪殼出口排人大氣。 渦輪增壓器工作時， 渦輪殼舌尖部分對葉輪進口處的壓力沿圓周方向分布產(chǎn)生較大的影響， 渦輪葉輪進口處的靜壓分別如圖 1 所示。由于葉輪葉片旋轉(zhuǎn)中經(jīng)過舌尖部分時， 經(jīng)歷如此大的壓力變化， 從而對葉輪振動產(chǎn)生較大的激振作用， 引起壓輪葉片周期性的振動而產(chǎn)生噪聲， 噪聲的頻率可至 8-20khz， 其頻率為：f=n60伊n伊k其中， n 為增壓器葉片轉(zhuǎn)速， n 為葉片數(shù)， k 為諧次。圖 1 壓輪進口處靜壓分布對于同一壓輪葉輪， 與不同的壓輪舌尖與葉輪間隙的壓輪殼匹配后， 在聯(lián)合試驗時， 壓輪葉輪入口處氣體的脈3 結(jié)論全文針對柴油機的使用與維護兩個方面分析了實現(xiàn)

4、節(jié)油目的的可能性， 經(jīng)由分析可知， 合理的使用能夠有效的減少柴油機的各部件磨損，同時能夠確保燃油充分燃燒，從而實現(xiàn)節(jié)油目的。而合理的對柴油機進行維護、 保養(yǎng)， 能夠減少積碳的形成， 避免燃油消耗過量等情況， 從而達到節(jié)油效果。參考文獻院1班立權， 郜永濤， 肖孟英.內(nèi)燃機車柴油機停缸節(jié)油技術設計研究j.內(nèi)燃機， 2014， 0501:48-51.2于傳義.對柴油機節(jié)油幾點措施的思考j.農(nóng)民致富之友，2016， 0911:192.3王永軍， 尹卓， 李浩光， 等.鉆井柴油機智能調(diào)速節(jié)油裝置的研究與開發(fā)j.硅谷， 2012， 0715:73-74.某 1.4t 汽油發(fā)動機渦輪增壓器 bpf 噪聲問

5、題試驗研究experiment on turbocharger bpf (blade passing frequency) noise on 1.4t gasoline engine周景航 zhou jing-hang曰田大洋 tian da-yang（泛亞汽車技術中心有限公司， 上海 201201）（pan asia technical automotive center co.， ltd.， shanghai 201201， china）摘要院本文闡述了渦輪增壓器渦輪 bpf 噪聲產(chǎn)生的機理， 針對進氣消聲器輻射噪聲和不同的渦輪殼舌尖與渦輪葉片之間間隙的渦輪增壓器進行了噪聲測試。試驗結(jié)果表

6、明： 增大渦輪殼舌尖與渦輪葉片之間的間隙可以降低渦輪增壓器的渦輪 bpf 噪聲。abstract: the fundamental of turbocharger turbine blade passing frequency noise describes the theory of bpf noise. turbine bpfnoisecomparison tests were conducted on the same engine and the same turbocharger, except using turbine housings with different distan

7、cesbetween tongue and turbine wheel tip. the experiments showed that enlargingthe distance can help to reduce the turbocharger turbine bpfnoise援關鍵詞院內(nèi)燃機； 渦輪增壓器； bpf 噪聲key words: i援c援engine； turbocharger； bpf noise60internal combustion engine & parts表 1 增壓器樣件尺寸零件名稱尺寸及公差12345壓殼葉輪間隙覫32.92依0.08覫32.30

8、依0.08（覫1-覫2） /2覫1覫2p32.9232.310.30532.91532.310.302532.91532.310.302532.91432.310.30232.92332.30.3115動程度和不均勻程度將會不同， 因而對葉輪所造成的激振程度也不同。如果加大葉輪葉片與壓輪殼舌尖之間的間隙， 就可以減小葉輪葉片振動的激勵作用， 從而減小由于壓輪葉片振動所產(chǎn)生的 bpf 噪聲。但是， 葉輪葉片與壓輪殼舌尖之間的間隙也不是越大越好， 過大的葉輪葉片與壓輪殼舌尖之間的間隙會造成， 增壓壓力不足， 加速無力等問題。本文探討的范圍是在不改變標定的前提下， 在公差的上限研究間隙的調(diào)整對 bp

9、f 噪聲的影響，選擇最佳的間隙參數(shù)， 從而解決問題。3 試驗過程和結(jié)果3.1 內(nèi)燃機技術參數(shù)噪聲試驗是在一搭載直列 4 缸四沖程增壓汽油機的某款車上進行。 該汽油機缸徑 73.8mm， 行程 80.2mm， 總排量 1.372l， 壓縮比 9援5， 額定功率為 100kw （5500r/min） ， 最大扭矩 220n m （17004800 r/min） 。3.2 測試分析系統(tǒng)及分析方法利用 lms test.lab 振動噪聲測試分析系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集， 利用軟件中 off-line rpm 的功能從增壓器振動信號中提取增壓器轉(zhuǎn)速信號， 以此轉(zhuǎn)速實現(xiàn)對增壓器的轉(zhuǎn)速跟蹤及數(shù)據(jù)重采樣處理。 利用軟

10、件的階次切片功能實現(xiàn)對增壓器不同階次噪聲曲線的提取分析。3.3 渦輪增壓器狀態(tài)如圖 2 所示， 對于所搭載的增壓器， 壓輪殼的尺寸 覫1為 覫32.92依0.08mm； 葉輪的直徑 覫2 為 覫32.32依0.08mm。 壓輪殼與葉輪間隙用 p 來表示： p=覫1|覫2最大間隙： pmax=覫1max|覫2min2=0.39最小間隙： pmin=覫1min|覫2max2=0.23圖 2 壓輪舌部示意經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)， bpf 噪聲明顯的增壓器樣件葉輪葉片與壓輪殼舌尖之間的間隙分布在 0.230.28mm 范圍內(nèi)； 為驗證加大間隙對 bpf 噪聲的作用，從產(chǎn)品中選取靠近上偏差的樣件進行試驗， 樣件尺寸

11、如表 1 所示。3.4 吸音棉材料特性玻璃棉是將熔融玻璃纖維化， 形成棉狀的材料， 化學成分屬玻璃類， 是一種無機質(zhì)纖維具有成型好、 體積密度小、 熱導率低、 保溫絕熱、 吸音性能好、 耐腐飾、 化學性能穩(wěn)定。某車用吸音棉吸聲系數(shù)如圖 3。圖 3 吸聲系數(shù)測試結(jié)果可以看出，某吸音棉材料有良好的高頻（2000hz 以上） 吸聲性能?？梢杂脕眚炞C從金屬進氣消聲器輻射的高頻 bpf 噪聲。3.5 測點布置試驗在搭載某 1.4t 發(fā)動機的整車上進行。試驗時麥克風和加速度傳感器的布置如圖 4、 5 所示， 發(fā)動機艙麥克風的位置靠近增壓器壓氣機殼體外表面， 加速度傳感器固定在增壓器壓氣機殼體上。 駕駛室內(nèi)

12、麥克風布置在駕駛員右耳。發(fā)動機艙麥克風用來測量聲音信號， 增壓器壓氣機殼體上的加速度傳感器用來測量增壓器的振動信號， 從而確定增壓器運轉(zhuǎn)的頻率。 駕駛員右耳麥克風用來測量人耳實際聽到的聲音信號。圖 4 發(fā)動機艙測點61內(nèi)燃機與配件圖 5 駕駛員右耳麥克風3.6 測試方案方案一： 對增壓器出口金屬高頻消聲器 （如圖 6） 進行包裹， 來驗證消聲器的輻射對增壓器 bpf 噪聲的放大作用。方案二： 對選出的公差偏上限 （間隙較大） 樣件進行整車測試， 找出最優(yōu)方案。圖 6 壓氣機出口消聲器3.7 噪聲主觀評價運用汽車行業(yè)主流的主觀評價打分系統(tǒng)， 參與主觀評估的人員分為專業(yè)組、 業(yè)余組和普通用戶三組進

13、行評價打分， 去掉最高分和最低分， 然后取平均值， 來代表所評估整車 bpf 噪聲的水平。最終結(jié)果打分越高表明客戶對噪聲的滿意度越高。3.8 噪聲試驗結(jié)果圖 7 所示增壓器壓氣機出口消聲器包裹前后車內(nèi)bpf 噪聲在 8000-16000hz 頻率范圍的變化。圖 7 包裹前后車內(nèi) bpf 噪聲對比對于本款車增壓器 bpf 車內(nèi)噪聲前期主觀評估和測試統(tǒng)計結(jié)果 （如圖 8） 顯示， 當車內(nèi) bpf 噪聲逸11.1db （a）時， 就會引起客戶抱怨。圖 8 主觀評估結(jié)果結(jié)合圖 7 和圖 8 的結(jié)果， 吸音棉包裹增壓器壓氣機出氣口消聲器后，車內(nèi)增壓器 bpf 噪聲并沒有很大程度的降低。仍然處在抱怨的噪聲

14、范圍。圖 9 所示裝有葉輪葉片與壓輪殼舌尖之間的間隙偏上限的增壓器樣件的整車， 車內(nèi) bpf 噪聲的試驗結(jié)果。從圖中可以看出， 間隙越大車內(nèi) bpf 噪聲降低越明顯。樣件2、 3、 4 葉輪對應的車內(nèi) bpf 噪聲處于同一水平。從圖 8、圖 9 可以看出，樣件 1、 2、 3 與原始樣件相比有明顯改善，部分頻率范圍內(nèi)的 bpf 噪聲仍然處在抱怨的范圍。 樣件 1和樣件 5 對應的車內(nèi) bpf 的噪聲降低最明顯，都處于不抱怨的水平。因此， 樣件 1 和樣件 5 滿足開發(fā)要求。圖 9 不同增壓器樣件車內(nèi) bpf 試驗結(jié)果4 結(jié)論增大渦輪增壓器渦輪舌尖與渦輪葉輪的間隙對降低渦輪增壓器渦輪 bpf 噪聲具有重要的作用。間隙越小， 渦輪增壓氣產(chǎn)品線報廢率越高，要平衡成本和 nvh 性能之間的關系。 因此， 樣件 1 為最佳選擇。 運用階次切片對 bpf噪聲進