渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣噪聲控制詳解，值得收藏

2017-07-03  by:CAE仿真在線  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

來(lái)源:根據(jù)百度文庫(kù)匡小紅的PPT講義《渦輪增壓噪聲控制》整理

增壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣噪聲控制概述

1. 典型進(jìn)氣噪聲

Whoose噪聲及嘯叫噪聲是增壓發(fā)動(dòng)機(jī)最常見(jiàn)、最典型的進(jìn)氣噪聲。

Whoose噪聲特征:

• 發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)開(kāi)始出現(xiàn),一般在2000rpm左右。

• 頻率高,一般在1000Hz以上。

• 頻帶寬,分布不均勻。

嘯叫噪聲特征:

• 發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速時(shí)開(kāi)始出現(xiàn),一般在1800rpm左右。

• 頻率是增壓器旋轉(zhuǎn)頻率的整數(shù)倍。

• 呈無(wú)規(guī)則曲線狀態(tài)。

2. 聲源特性分析

自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)聲源:

• 高頻噪聲較小。

• 由中低頻階次噪聲主導(dǎo)。

渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)聲源:

• 由高頻Whoose噪聲主導(dǎo)。

• 中低頻階次噪聲較小。

• 存在進(jìn)氣嘯叫風(fēng)險(xiǎn)。

問(wèn)題:什么樣的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了增壓進(jìn)氣聲源中低頻削弱,高頻增強(qiáng)?

3. 對(duì)應(yīng)進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

增壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)

增壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng):

原因:

• 進(jìn)氣管路長(zhǎng)度一般在3米以上

• 存在兩個(gè)聲源——發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓器

結(jié)果:

• 一般無(wú)低頻消聲元件

• 著重中高頻噪聲的控制

自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)

自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)

自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng):

原因:

• 進(jìn)氣管路長(zhǎng)度一般在1.5米以?xún)?nèi)

• 只存在發(fā)動(dòng)機(jī)一個(gè)聲源

結(jié)果:

• 一般含有低頻消聲元件

• 著重低頻噪聲的控制

4. 噪聲振動(dòng)組成

增壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)振動(dòng)噪聲組成

空氣聲:空濾器本體、進(jìn)氣管路(含消聲元件)、中冷器壁面和進(jìn)氣口等部位的輻射噪聲。

結(jié)構(gòu)聲:空濾器、中冷器和進(jìn)氣管路支架等傳遞的振動(dòng)噪聲。

進(jìn)氣口、空濾出管、中冷進(jìn)管和中冷出管的輻射噪聲是進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲控制的重點(diǎn)。

Whoose噪聲及嘯叫噪聲的控制占進(jìn)氣噪聲控制80%的內(nèi)容。

Whoose噪聲控制

1. Whoose噪聲產(chǎn)生機(jī)理

增壓器特性示意圖

增壓器運(yùn)行曲線進(jìn)入輕度喘振區(qū)域時(shí),發(fā)生輕度喘振。

當(dāng)進(jìn)氣流量較小時(shí),易進(jìn)入輕度喘振區(qū)域。

Whoose噪聲即輕度喘振噪聲。

速度三角形

當(dāng)進(jìn)氣流速較小時(shí),壓葉片根部發(fā)生氣體分離。

Whoose噪聲是由壓氣機(jī)葉片氣體分離,而產(chǎn)生的紊流噪聲。

2. Whoose噪聲主要傳播途徑

三種最主要的傳播:

• 透氣空濾器出管和中冷進(jìn)管管壁傳播。

• 氣體壓力脈動(dòng)激發(fā)空濾器出管和中冷進(jìn)管管壁振動(dòng)傳播。

• 進(jìn)氣口逃逸輻射傳播。

3. Whoose噪聲控制

Whoose噪聲的控制有源控制和路徑控制兩種手段。

管壁輻射的Whoose噪聲在增壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣輻射噪聲控制中占據(jù)重要地位。

進(jìn)氣口的Whoose噪聲常采用消聲的方式進(jìn)行控制。

案例1:Whoose噪聲——渦旋進(jìn)氣結(jié)構(gòu)控制

渦旋進(jìn)氣結(jié)構(gòu)安裝在壓氣機(jī)進(jìn)口處。

利用渦旋進(jìn)氣結(jié)構(gòu)改變氣流進(jìn)入增壓器的角度,來(lái)降低氣體分離,實(shí)現(xiàn)Whoose噪聲的控制。

案例2:Whoose噪聲——高頻諧振腔控制

高頻諧振腔

可安裝在空濾器進(jìn)出管和中冷進(jìn)管上。

利用高頻諧振腔消聲機(jī)理,有效降低Whoose噪聲。

案例3:Whoose噪聲——編織管控制

編織管

只能安裝在空濾器進(jìn)管上。

編織管優(yōu)越的高頻消聲性能是控制Whoose噪聲的常見(jiàn)方法。

案例4:Whoose噪聲——空濾器本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化控制

空濾器本體局部結(jié)構(gòu)對(duì)低頻的消聲性能幾乎無(wú)影響,但對(duì)高頻音響較大。

可以通過(guò)空濾器本體局部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來(lái)改善Whoose噪聲。

案例5:Whoose噪聲——隔聲控制

阻尼材料

阻尼材料+隔聲材料

某個(gè)微小部位設(shè)計(jì)失誤,可能會(huì)引起進(jìn)氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)功虧一簣。

對(duì)于Whoose噪聲的控制,管路隔聲不容忽視。

嘯叫噪聲控制

1. 嘯叫噪聲產(chǎn)生機(jī)理

脈沖嘯叫

脈沖嘯叫:

• 超聲速情況下,在葉尖部位形成,由系列的沖擊波和膨脹波組成。

• 大小由葉輪制造水平?jīng)Q定,“鋸齒”越規(guī)則,脈沖噪聲越小。

• 以空氣聲的形式向外輻射。

動(dòng)平衡嘯叫

動(dòng)平衡嘯叫:

• 增壓器轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡引起,以結(jié)構(gòu)聲的形式向外傳播。

2. 嘯叫噪聲主要傳播途徑

脈沖嘯叫直接通過(guò)中冷進(jìn)管往外輻射。

動(dòng)平衡嘯叫通過(guò)結(jié)構(gòu)傳遞到中冷器和消聲器后往外輻射。

3. 嘯叫噪聲的控制

嘯叫噪聲控制

增壓器嘯叫分轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡嘯叫和葉輪脈沖嘯叫兩類(lèi)。

嘯叫控制與Whoose噪聲控制有較多相似之處。

嘯叫噪聲的控制要與整車(chē)匹配相結(jié)合。

案例1:嘯叫噪聲——?jiǎng)悠胶饪刂?/strong>

壓殼振動(dòng)比較(Z向)

動(dòng)平衡值比較(示意)

動(dòng)平衡嘯叫由渦輪增壓器制造工藝水平?jīng)Q定。

排氣系統(tǒng)和中冷器是動(dòng)平衡嘯叫的主要輻射部位。

案例2:嘯叫噪聲——排簫式消聲器控制

排簫式消聲器傳遞損失

排簫式消聲器工藝簡(jiǎn)單,價(jià)格低廉是控制嘯叫噪聲的理想方案。

案例3:嘯叫噪聲——高頻諧振腔控制

種類(lèi)繁多,設(shè)計(jì)精巧

高頻諧振腔具有消聲頻帶寬、消聲量大的特點(diǎn)是控制脈沖嘯叫的常見(jiàn)結(jié)構(gòu)。

高頻諧振腔安置在靠近壓氣機(jī)出口側(cè)。

案例4:嘯叫噪聲——隔聲控制

中冷器進(jìn)管管壁是脈沖嘯叫噪聲主要輻射部位。

采用隔聲性能好的剛才替代橡膠材料可以改善增壓器嘯叫問(wèn)題。

其他噪聲振動(dòng)控制

1. 控制方式

增壓發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲除常見(jiàn)的Whoose噪聲和嘯叫外,還包含喘振噪聲、泄氣噪聲、控制閥敲擊噪聲、支架振動(dòng)等。

2. 支架振動(dòng)控制

支架組成:空濾器支架、管路支架、中冷器支架和渦輪增壓器支架。

空濾器支架隔振不足

管路支架剛度不足

空濾器隔振元件設(shè)計(jì)不當(dāng),可能對(duì)車(chē)內(nèi)產(chǎn)生5dB(A)的影響。

設(shè)計(jì)中需考慮中冷器管路支架的安裝位置和剛度。

渦輪增壓器支架設(shè)計(jì)不當(dāng),可能引起哀鳴聲。

3. 泄氣噪聲控制

泄氣噪聲:泄氣閥泄流而引起的一種高頻氣流噪聲。

組合消聲控制

泄氣噪聲為寬頻帶高頻噪聲。

泄氣噪聲是一種瞬態(tài)噪聲,在整車(chē)特定工況下發(fā)生。

進(jìn)氣系統(tǒng)采用寬頻帶的組合消聲元件,可使增壓器泄氣噪聲降低。

4. 閥座敲擊控制

閥座敲擊:廢氣閥和泄氣閥閥座敲擊問(wèn)題。

泄氣控制閥

廢氣控制閥

泄氣閥關(guān)閉瞬間,會(huì)發(fā)生振動(dòng)沖擊,產(chǎn)生敲擊噪聲。

當(dāng)Pm+Pq>Py時(shí),廢氣閥開(kāi)啟,因Pm、Pq的脈動(dòng)作用,可能引起廢氣閥敲擊。

降低Pm、Pq的脈動(dòng)控制廢氣閥敲擊。

5. 喘振噪聲識(shí)別

喘振識(shí)別:通過(guò)壓力、溫度和噪聲三要素來(lái)進(jìn)行識(shí)別。

進(jìn)氣喘振噪聲由多種聲音特征,如何識(shí)別喘振是喘振噪聲控制的第一步。

壓力傳感器布置在壓氣機(jī)出口的直管段。

溫度傳感器布置在壓氣機(jī)進(jìn)口靠近壓葉輪。

溫度升高、壓力脈動(dòng)與車(chē)內(nèi)異常噪聲同時(shí)發(fā)生是識(shí)別喘振噪聲的一個(gè)依據(jù)。

6. 喘振噪聲控制

喘振噪聲控制:可通過(guò)路徑和源來(lái)進(jìn)行控制。

空濾器內(nèi)插管

喘振余量調(diào)整

對(duì)于深度喘振一般是通過(guò)調(diào)整喘振余量來(lái)進(jìn)行控制。

輕度喘振可以從源和路徑上進(jìn)行控制。

喘振噪聲的控制涉及到進(jìn)氣管路匹配、整車(chē)電噴匹配、增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配等方面的內(nèi)容,從源上控制技術(shù)難度較大。

7. 其他

分段式塑料管相對(duì)于一段式橡膠管具有更好的防輻射能力

在中冷器管路的設(shè)計(jì)中,應(yīng)考慮管路的結(jié)構(gòu)形式、長(zhǎng)度、材料及壁厚。

葉片通過(guò)噪聲(BPF)是葉片切割空氣而產(chǎn)生,頻率與葉片數(shù)和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速有關(guān)。

葉尖間隙噪聲(TCN)是由于氣流流過(guò)葉尖與壓殼間隙而產(chǎn)生。

總結(jié)

進(jìn)氣口噪聲控制為基礎(chǔ)、增壓器噪聲控制為難點(diǎn)、管路噪聲控制為關(guān)鍵。

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