汽油机涡轮增压器回流阀噪声的测试分析和整车改进

马国山　毕金光　王江乾　林绍雄

(1. 宁波威孚天力增压技术有限公司， 浙江 宁波 315034)



原创

汽油机涡轮增压器回流阀噪声的测试分析和整车改进

马国山1毕金光1王江乾1林绍雄1

(1. 宁波威孚天力增压技术有限公司， 浙江 宁波 315034)

借助于LMS振动和噪声测试系统，依据相关的标准和方法，将自主品牌涡轮增压器及相应的整车与1款外资品牌的涡轮增压器及相应的整车进行对比测试及分析。通过整车改进，最终使该款自主品牌整车测定的涡轮增压器的回流噪声声压级值与外资品牌基本相当，满足了用户要求。

汽油机涡轮增压器回流阀噪声

0　概述

近年来，国内自主品牌汽油机厂家大力开发涡轮增压汽油机，许多厂家已完成了1款或多款涡轮增压机型的开发，并开始批量生产。

汽油机过量空气系数一般在0.85～1.15之间，超出这个范围，汽油将无法直接点燃。柴油机过量空气系数一般在1.2～2.2之间，范围比较大。汽油机是通过节气门控制进气量或混合气量来调节功率的，而柴油机则是通过控制喷油量来调节功率的[1]。以汽油机为动力的汽车在行驶中，当快速松开油门脚踏板时，即关小节气门时，增压器压气机出口的流动空气受阻，导致压气机出口压力迅速提高，从而引起压气机喘振现象发生。为避免此情况发生，一般在压气机出口处增设1个回流阀，当快速关闭小节气门时，通过控制使气体回流到压气机进口，从而避免压气机喘振现象发生。因此，汽油机涡轮增压器增加了1个回流阀，如图1所示。在解决了喘振问题的同时，也带来了回流阀打开时的气流噪声问题。

图1　汽油机增压器总成示意图

1　汽油机涡轮增压器回流阀的噪声测试

1.1涡轮增压器单体测试测试标准

国标GB/T 23341.1—2009《涡轮增压器 第一部分： 一般技术条件》和国标GB/T 23341.2—2009《涡轮增压器 第二部分： 试验方法》，对涡轮增压器的噪声限值和试验方法有明确的规定。

表1　涡轮增压器的噪声限制情况

本款涡轮增压器压气机叶轮为40mm，故应满足增压器噪声≤104dB(A)的要求。

测试方法： (1) 噪声测量按照增压器在自循环工况下的增压器标定参数运行；(2) 噪声的测量和数据处理按GB/T 1859—2000中的简易法规定；(3) 以增压器轴线为测量水平面，增压器轴线距地面高度应大于1m，测量位置见图2。各测点至外壳的距离为1m，距试验室墙、地板或其他障碍物的距离应大于1m。当侧点位置遇上试验管道时，允许移动测点位置直到符合规定的要求[2]。

图2　涡轮增压器噪声测点位置示意图

本次回流噪声的测试样机是1款装配1.4L汽油机的自主品牌汽油机涡轮增压器，同时还选取了1款与之相当的外资品牌涡轮增压器，进行对比测试和参考评价，受到测试条件的影响，测试有所简化。具体如下： (1) 涡轮增压器标定参数为： 转速 180000r/min 与压气机流量0.08kg/s，增加了转速160000r/min与压气机流量0.06kg/s测点；(2) 测试在非消音室内进行，测背景噪声并对主测噪声修正；(3) 噪声测点1个，测量位置为图2中的6点，增压器距地面距离和测点位置符合国标要求。

1.2涡轮增压器单体测试设备

噪声测试设备采用从比利时进口的LMS振动和噪声测试系统，为控制回流阀的开闭，加装了1个回流阀开闭控制装置。

1.3涡轮增压器单体测试结果

图3和图4分别是对比自主品牌增压器和外资品牌增压器，在回流阀断续开启和闭合时，测得的噪声声压级值曲线。其中，声压级值相对较高的曲线是增压器在 180000r/min 时的噪声声压级值曲线，相对较低的是增压器在160000r/min时的噪声声压级值曲线。每条曲线的高点为回流阀开启时的增压器噪声声压级值，低点为回流阀闭合时的增压器噪声声压级值，具体测量数值见表2。

表2　涡轮增压器回流阀噪声测量数据情况

注： 回流阀闭时噪声即为回流阀开时的背景噪声，因大于10dB(A)，故无需修正。

图3　自主品牌增压器回流阀噪声声压级值曲线

图4　外资品牌增压器回流阀噪声声压级值曲线

2　整车测试

2.1测试标准

为分析和研究汽油机增压器回流阀噪声在整车上影响，研究人员对驾驶室和发动机机舱内分别进行了噪声测试。在1款装有自主品牌增压器的自主品牌运动型多用途车(SUV)和装有同款增压器的自主品牌轿车及1款装有外资品牌增压器的外资品牌轿车上，进行了整车的对比测试。

驾驶室的噪声测试，参照GB/T 18697—2002《声学 汽车车内噪声的测量方法》标准，就气象条件、道路条件和车辆条件等按标准进行了确认。传感器的位置参照该标准布置，布置在B点驾驶员的座位上，即驾驶员耳旁，如图5所示。

图5　驾驶室内噪声测点位置简图

机舱噪声测点，没有查到相应标准。根据车体情况规定，各测试车均布置在距增压器回流阀 300mm 的位置，同时也在增压器上安装了监测增压器转速传感器。

由于主要是测试涡轮增压器的回流阀噪声，因此，根据需要对测试进行规定。在汽车行进中测试，变速器位于3档，加油门至发动机转速达 2000r/min 时，快速松开油门脚踏板(发动机ECU会自动控制回流阀开启)，待发动机转速降到 1500r/min 时，再次加油门，连续测量4～5次以上。其间，用LMS设备连续记录下驾驶室和机舱内的噪声数据，并监测增压器转速。

在限值要求方面，机舱内的噪声要求，未查到相应标准，所以进行相对比较。驾驶室内的噪声要求按照国家强制标准GB 7258—2012《机动车运行安全技术条件》规定的“汽车(低速汽车除外)驾驶人耳旁噪声声级应小于等于90dB(A)”。

2.2测试设备

噪声测试设备采用从比利时进口的LMS振动和噪声测试系统，回流阀开闭通过快速松开油门脚踏板来控制。

2.3测试结果

2.3.1机舱内

噪声声压级值曲线分别见图6、图7和图8，图中上方的曲线为上一条为回流阀开启和闭合的噪声声压级值波动曲线，下方曲线为回流阀开启和闭合时增压器转速波动曲线，噪声数据见表3。

图6　自主品牌SUV机舱内噪声声级值曲线图

图7　自主品牌轿车机舱内噪声声级值曲线图

图8　外资品牌轿车机舱内噪声声级值曲线图

车型声压级值(回流阀闭)/dB(A)声压级值(回流阀开)/dB(A)自主品牌SUV85.00108.00自主品牌轿车90.00101.00外资品牌轿车90.00102.00

注： 回流阀闭时噪声即为回流阀开时的背景噪声，因大于10dB(A)，故无需修正。

2.3.2驾驶室内噪声数据见表4。

表4　驾驶室内不同车型回流阀闭、开时噪声情况

注： 回流阀闭时的噪声即为回流阀开时的背景噪声，因小于10dB(A)，故需修正。

3　测试结果分析

一般而言，控制噪声的途径，除在人耳处减弱噪声外，还有2种方法，包括控制噪声源，改变、减少或停止声源的噪声，还有就是阻断噪声传播，主要方法是隔声、吸声和消声。

从涡轮增压器单体噪声测试结果看，自主品牌增压器与外资品牌增压器均满足国标GB/T 23341.1—2009中关于≤104dB(A)的噪声要求，且两者基本相当，所以暂不考虑涡轮增压器改变。

从机舱内的噪声测试情况看，自主品牌轿车与外资品牌轿车基本相当，分别为101dB(A)和102dB(A)，但自主SUV则高达108dB(A)。分析认为，回流阀放气的噪声属于气动噪声，从增压器在发动机进气系统的位置看，回流阀的噪声主要通过进气段的空气介质传播到机舱，其次是通过增压器壳体和管路的固体传播。在自主品牌SUV上也发现存在进气段密封性不好的问题，这也使得回流阀噪声通过泄露处直接传播到机舱。因此，噪声控制的重点应是提升自主品牌SUV进气段的密封性及改善此段的吸声效果。

从驾驶室内的噪声测试情况看，自主品牌和外资品牌的噪声均符合国家强制标准GB 7258—2012中，小于等于90dB(A)的规定。外资品牌轿车噪声最小为63.25dB(A)，自主品牌轿车噪声次之为65.25dB(A)，自主品牌SUV噪声最大为68.74dB(A)。从测试数据可看出，机舱噪声比外资品牌轿车低1dB(A)的自主品牌轿车，在驾驶室内的噪声也高于外资品牌轿车2dB(A)，说明自主品牌轿车驾驶室的隔音效果与外资品牌轿车还存在一定的差距。自主品牌SUV因机舱噪声较高，驾驶室的隔音效果难以简单评价。总之，考虑到回流阀噪声主要是气动噪声，传播到驾驶室的主要途径是通过空气介质传播，因此，驾驶室的噪声控制方向，主要应提升驾驶室的密封性，阻断空气传播的途径。

4　整车改进

按上述分析，自主品牌增压器在不变动的情况下，自主品牌SUV在机舱改善了进口段管路的密封性和吸声效果，并在驾驶室提升了密封性后，再次与外资品牌轿车进行了对比测试。自主品牌轿车因项目暂停未参加测试。改进后的测试数据见表5和表6。从测试数据可知，改进后的自主品牌SUV机舱和驾驶室的回流阀噪声，分别较前降低了 5.74dB(A) 和4.39dB(A)，与相应的外资品牌轿车相比基本相当，满足了用户的要求。

表5　机舱内不同车型回流阀闭、开时噪声情况

注： 回流阀闭时噪声即为回流阀开时的背景噪声，因大于10dB(A)，故无需修正。

表6　驾驶室内不同车型回流阀闭、开时噪声情况

注： 回流阀闭时的噪声即为回流阀开时的背景噪声，因小于 10dB(A)，故需修正。

5　结语

本研究总结如下：

(1) 整车上涡轮增压器的回流阀噪声的解决思路，可借助于噪声测试系统，依据相应的标准和确定的方法，分别测试涡轮增压器单体、整车机舱和驾驶室的回流阀噪声，经比较和综合分析确定改进的方向。

(2) 汽油机涡轮增压器单体的回流阀噪声的改善，仍具有一定的空间。目前，较通用的方法是，由现在的回流阀内置改为外置。

(3) 涡轮增压器的回流阀噪声属气动噪声，传播的途径主要是空气介质，因此，无论是机舱还是驾驶室，减轻回流噪声的基本方法是提升相应部位的密封性，阻断传播途径及改善传播途径中对气动噪声的吸声效果。

[1] 高印寒，钱堃，梁杰，等. 重型商用车噪声测试及声品质客观评价分析[J]. 噪声与振动控制，2013(2):19-23.

[2] 杨安杰. 汽车噪声标准与测试探讨[J]. 噪声与振动控制，2013(4):35-38.

2016-05-16)