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汽车发动机废气涡轮增压系统噪声问题的工程分析控制技术
摘 要
废气涡轮增压系统能够改善发动机的排放性能和燃油经济性能，还能提升动力性能，因此在汽车发动机上得到广泛的应用，也是混合动力专用发动机的常用进气系统设计方案。然而，由于废气涡轮增压器的运行转速高和工作温度高等特点，很难实施有效的被动隔音措施，所以涡轮增压系统的噪声问题容易成为发动机的主要噪声源，影响发动机的动力声品质，降低车辆的驾乘舒适性，并引起顾客用户的投诉抱怨。本文从汽车NVH性能集成开发的角度出发，提出了废气涡轮增压器噪声问题的具体分类方法，详细地阐述了各种噪声的原因机理和措施方案，以及问题排查解决过程中的一些经验方法。这对于完善涡轮增压发动机的NVH性能开发流程控制体系和提高废气涡轮增压器噪声问题的解决效率，有着较重要的工程指导价值。
关键词：废气涡轮增压系统；噪声；汽车发动机；NVH；动力声品质
作者：张军、郑琪
（吉利汽车研究院（宁波）有限公司,浙江宁波，315336）
引 言
进气增压系统是在不改变发动机排气量的情况下，通过对进入发动机空气的压缩，提高空气密度，增加发动机气缸的进气量和空气含氧量，能够提升发动机的输出功率和扭矩，提高发动机的经济性，降低发动机的环境污染物排放，同时还可保证整车机舱空间的紧凑布置，提升动力总成的轻量化水平。尤其是在高海拔地区，由于空气稀薄和含氧量低，如果不采用进气增压系统，汽车容易出现动力性能严重降低的问题。汽车进气系统的增压类型包括废气涡轮增压、机械增压、电子增压、气波增压、惯性谐波增压、冲压喷射增压和复合式增压系统等。
虽然进气增压系统的种类较多，但是由于废气涡轮增压器的结构简单、机械损失小和能量利用率高等优点，因此在车用发动机上的使用也最为普遍和广泛[1]。对于混合动力车型的专用发动机，基于发动机的生产和维护成本、轻量化、可靠性和燃油经济性等多种因素的综合考虑，废气涡轮增压系统也是常常采用的进气技术路线方案[2]。
除了发动机的机械噪声、燃烧噪声和空气动力学噪声之外，由于涡轮转子的运行转速高、工作温度高和隔音难等原因，废气涡轮增压器还会引起各种特定类型的NVH问题，同时也是影响发动机动力声品质水平的主要零部件系统之一。如果要及时发现和有效解决这些涡轮增压器的NVH问题，就需要全面了解涡轮增压器的结构特点，以及深入理解涡轮增压器NVH问题的原因机理。
虽然关于汽车废气涡轮增压系统噪声分析控制的国内外文献资料较多[3-21]，但还缺少全面系统和简明扼要的总结概括。本文从汽车NVH性能集成开发的角度出发，提出了废气涡轮增压器噪声问题的分类方法，详细地阐述了各种噪声的原因机理和措施方案，以及问题排查解决过程中的一些经验方法。
1 涡轮增压系统噪声的分类
搭载自然吸气发动机的整车进气系统噪声主要包括机械噪声和燃烧噪声，其噪声频率主要分布在中低频范围。而对于搭载涡轮增压动力总成的整车进气噪声系统来说，其噪声源则有两个，分别是发动机和涡轮增压器。其中，涡轮增压器包括有高速旋转的气动机械零部件，声源机理和传递特性都比较复杂，噪声频谱主要分布在中高频范围。涡轮增压器通过废气推动涡轮，同时驱动同轴连接的压气机叶轮高速地旋转，高速旋转的涡轮和叶轮都会产生机械振动激励相关的噪声，而被压缩或扩散的高速流动气体会产生多种形式的气动噪声。另外，由于涡轮增压进气系统的空气流动速度更快，且空气流量更大，进气管路也更复杂，进气流道长度也更长，需要更加注意规避进气管路的接缝间隙和进气零部件内部腔体引起的高频气流振荡噪声问题。
因此，如果按照噪声源类别的不同，由于搭载废气涡轮增压器引起的整车进气系统特定噪声类型可分为气动噪声和机械噪声。废气涡轮增压器的气动噪声类型包括有喘振噪声、Whoosh噪声、泄气声、同步脉动噪声、超同步脉冲噪声、高谐阶次的气动脉冲噪声、叶片通过频率噪声、叶尖间隙噪声和电锯声等；而涡轮增压器的机械振动噪声类型则包括不平衡激励的同步振动噪声、次同步噪声、次同步纯音、轴承噪声和执行器的异常噪声等。
与搭载自然吸气类型的发动机相比，搭载废气涡轮增压器动力总成的整车进气系统还增加了涡轮增压器、进排气旁通阀、中冷器、中冷器的进出管、隔热罩，以及相关的油液冷却水路、电气线束或气动管路等，这些新增的零部件或附件都可能成为潜在的噪声传递路径或者异响源。
以下将重点论述废气涡轮增压系统的噪声现象、问题机理和措施方案等。
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