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汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器噪聲研究及優(yōu)化

文檔作者：劉芯娟，陳友祥，歐陽(yáng)彩云文檔來(lái)源：安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2026年01月25日
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上一篇：淺談廢氣渦輪增壓器的正確使用與保養(yǎng)

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10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.07.013
汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器噪聲研究及優(yōu)化
劉芯娟，陳友祥，歐陽(yáng)彩云
（安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）
摘 要：文章闡述了渦輪增壓器噪聲的表現(xiàn)形式，論述了產(chǎn)生相應(yīng)噪聲的根源及機(jī)理，同時(shí)針對(duì)相關(guān)增壓器噪聲提
出相應(yīng)的解決對(duì)策。
關(guān)鍵詞：渦輪增壓器；噪聲；機(jī)理
中圖分類(lèi)號(hào)：U471.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988(2016)07-41-03
Investigation And Optimization Of Automotive Turbocharger Noise
Liu Xinyun, Chen Youxiang, Ouyang Caiyun
( Anhui Jianghuai automobile Co. Ltd. Technology center, Anhui Hefei 230601 )
Abstract: This paper describes the manifestation of turbocharger noise,and explains the causes and mechanism of these
noises. At the same time the relevant solutions are made to control these turbocharger noises.
Keywords: Turbocharger; Noise; Mechanism
CLC NO.: U471.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)07-41-03
引言
隨著國(guó)家油耗法規(guī)的日益嚴(yán)格,汽車(chē)廠商在尋求各種不
同方法來(lái)改進(jìn)車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性，其中發(fā)動(dòng)機(jī)增壓小型化（降
低發(fā)動(dòng)機(jī)排量同時(shí)采用增壓技術(shù)）已成為當(dāng)前的主流技術(shù)。
但由于渦輪增壓器的控制、工作過(guò)程復(fù)雜，會(huì)帶來(lái)NVH（噪
聲、振動(dòng)與舒適性）問(wèn)題。
由于渦輪增壓器引起的噪聲種類(lèi)多樣且機(jī)理復(fù)雜，解決
由增壓器引起的噪聲問(wèn)題較為困難。本文通過(guò)闡述渦輪增壓
器噪聲的表現(xiàn)形式，論述了產(chǎn)生相應(yīng)噪聲的根源及機(jī)理，并
且針對(duì)相關(guān)增壓器噪聲提出相應(yīng)的解決對(duì)策。
1、渦輪增壓器噪聲類(lèi)型及傳遞路徑
渦輪增壓器是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)裝置，同時(shí)渦輪增壓
器又處在進(jìn)排氣管路中，通過(guò)排氣能量壓縮新鮮空氣做功，
因此渦輪增壓器產(chǎn)生的噪聲復(fù)雜，兼具有機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)振
動(dòng)輻射噪聲，又具有空氣動(dòng)力輻射噪聲。當(dāng)前較為常見(jiàn)的渦
輪增壓器噪聲如下：1.渦輪增壓器次同步噪聲；2.RCV 泄氣
噪聲；3.渦輪增壓器同步噪聲，包括同步振動(dòng)和同步脈沖噪
聲；4.渦輪增壓器Hiss 噪聲。其中次同步噪聲以及同步振動(dòng)
噪聲屬于結(jié)構(gòu)振動(dòng)輻射噪聲，可通過(guò)與渦輪增壓器連接的結(jié)
構(gòu)件進(jìn)行噪聲傳遞，其他的噪聲屬于空氣動(dòng)力噪聲，主要通
過(guò)進(jìn)氣管路以及整車(chē)進(jìn)氣口進(jìn)行噪聲傳播。
圖1 噪聲分類(lèi)及傳遞路徑
2、渦輪增壓器噪聲識(shí)別、機(jī)理及優(yōu)化
2.1 渦輪增壓器次同步噪聲
由于渦輪增壓器中間體中為浮動(dòng)軸承或半浮動(dòng)軸承，當(dāng)
渦輪增壓器工作時(shí)，當(dāng)渦輪增壓器中間體的機(jī)油壓力滿(mǎn)足要
作者簡(jiǎn)介：劉芯娟，就職于江淮汽車(chē)技術(shù)中心。
2016 年第 7 期 劉芯娟 等：汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器噪聲研究及優(yōu)化 42
求時(shí)，機(jī)油油膜會(huì)使葉輪及轉(zhuǎn)子懸浮，當(dāng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)由
于機(jī)油的黏度，中間轉(zhuǎn)子與軸承之間的油膜產(chǎn)生振蕩，并通
過(guò)中間體壁對(duì)外輻射噪聲。
圖2 渦輪增壓器中間體工作示意圖
渦輪增壓器次同步噪聲在駕駛室中表現(xiàn)為低沉的口哨
聲，尤其在渦輪增壓器介入工作整車(chē)加減速過(guò)程表現(xiàn)尤為明
顯。在噪聲測(cè)試的頻譜圖中噪聲以及中間體振動(dòng)表現(xiàn)如下：
圖3 次同步噪聲頻譜圖
根據(jù)頻譜圖可以看出次同步噪聲與在中間體上測(cè)得的振
動(dòng)頻率及趨勢(shì)完全一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了次同步噪聲為結(jié)構(gòu)振
動(dòng)輻射產(chǎn)生的。通常渦輪增壓器次同步噪聲的頻率范圍為
600HZ-1200HZ。
由于次同步噪聲主要與中間轉(zhuǎn)子及油膜振蕩有關(guān)，故通
常可以通過(guò)優(yōu)化中間轉(zhuǎn)子及油膜結(jié)構(gòu)降低或消除次同步噪
聲。一方面可以減小中間體軸承與中間轉(zhuǎn)子之間的間隙，即
減小中間體軸承與中間軸間的油膜厚度，以減小油膜振蕩幅
度，從而降低振動(dòng)能量，但采用該方案需保證中間軸承與中
間轉(zhuǎn)子油膜壓力建立滿(mǎn)足要求，兩者不會(huì)卡滯；另一方面可
以通過(guò)改變中間體中的油膜長(zhǎng)度，即降低軸承與中間體壁的
接觸面積，以降低油膜振蕩通過(guò)中間體壁對(duì)外輻射，通過(guò)以
上兩種方式均可有效降低次同步噪聲。
圖4 中間體結(jié)構(gòu)優(yōu)化
2.2 渦輪增壓器RCV 泄氣噪聲
當(dāng)前為了保證渦輪增壓器在發(fā)動(dòng)機(jī)急加速后突然松開(kāi)油
門(mén)踏板急減速過(guò)程中，由于節(jié)氣門(mén)關(guān)閉導(dǎo)致導(dǎo)致渦輪增壓器
后壓力過(guò)大，導(dǎo)致渦輪增壓器喘振；同時(shí)為了保證在繼續(xù)重
新加速過(guò)程中渦輪增壓器快速響應(yīng)，通常在渦輪增壓器后設(shè)
置再循環(huán)閥（RCV），保證開(kāi)啟時(shí)增壓后高壓氣體回流到增壓
前。但是開(kāi)啟瞬間高壓氣流通過(guò)泄壓閥時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間的沖擊
噪聲，類(lèi)似于氣體瞬間膨脹的爆炸聲。
通常在RCV 開(kāi)啟瞬間噪聲最強(qiáng)烈，人耳最難接受，并且
表現(xiàn)為寬頻噪聲，頻率范圍可以由500HZ-20000HZ，在測(cè)得
的噪聲頻譜圖表現(xiàn)如下：
0.00 Hz 5000.00
30.00
0.00
s
Time
70
30
dB(A)
Pa
369.36 1251.82
624.09
AutoPower Orifice-NF (A) WF 301 [0-30 s]
圖5 RCV泄氣噪聲頻譜圖
針對(duì)上述泄氣噪聲，可以通過(guò)以下措施降低：1.將當(dāng)前
集成在壓氣機(jī)殼體上的RCV 及泄氣管路采用外置式，同時(shí)在
泄氣管路中涂覆隔聲橡膠，以降低噪聲通過(guò)管路外壁對(duì)外輻
射；2.在渦輪增壓器前和渦輪增壓器后管路中增加諧振腔，
以降低泄氣噪聲，同時(shí)增加渦輪增壓器前后連接管路的厚度，
以降低噪聲輻射；3.優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)與整車(chē)標(biāo)定，保證節(jié)氣門(mén)開(kāi)
閉時(shí)間與RCV 閥開(kāi)啟時(shí)間較優(yōu)的配合，避免較大的氣流沖擊。
2.3 渦輪增壓器同步噪聲
在渦輪增壓器工作中存在一種與渦輪增壓器轉(zhuǎn)速同步的
嘯叫聲，噪聲頻率隨渦輪增壓器轉(zhuǎn)速增加而提高。一般該噪
聲包括同步振動(dòng)噪聲和同步脈沖噪聲，與渦輪增壓器中間轉(zhuǎn)
子和葉輪動(dòng)不平衡量以及葉輪加工水平有較大關(guān)系。一方面
當(dāng)葉輪及轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于動(dòng)不平衡產(chǎn)生周期性激勵(lì)振
動(dòng)，此為結(jié)構(gòu)振動(dòng)噪聲；另一方面由于葉輪制造加工不一致
造成葉輪和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，渦輪增壓器中的氣流會(huì)產(chǎn)生周期性
波動(dòng)，此為氣流脈沖噪聲。兩者之間可以通過(guò)測(cè)量渦輪增壓
器中間體的振動(dòng)以及渦輪增壓器壓后氣流壓力波動(dòng)區(qū)分，通
常頻率為0-4000HZ，噪聲頻譜圖表現(xiàn)如下：
圖6 增壓器同步噪聲頻譜圖
43 汽車(chē)實(shí)用技術(shù) 2016 年第 7 期
針對(duì)上述噪聲，可以采用下列手段：1.控制葉輪及中間
轉(zhuǎn)子的動(dòng)不平衡，即g 值，同時(shí)控制葉輪制造精度；2.在渦
輪增壓器前和渦輪增壓器后管路中增加諧振腔，降低由于氣
流脈沖造成的同步噪聲。
2.4 渦輪增壓器Hiss 噪聲
Hiss 噪聲在渦輪增壓器中較常見(jiàn)，通常在下列兩種工況
交易發(fā)生：1.發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)瞬時(shí)減速；2.發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)瞬時(shí)加速、
渦輪增壓器轉(zhuǎn)速快速上升。在上述工況較易出現(xiàn)Hiss 噪聲主
要是因?yàn)樵诎l(fā)動(dòng)機(jī)高壓比和小流量時(shí)，渦輪增壓器工作區(qū)域
靠近喘振線(xiàn)，引起渦輪增壓器工作不穩(wěn)定，氣流與渦輪增壓
器葉片分離，增壓器葉片由于氣流紊流沖擊而抖動(dòng)造成。通
常上述噪聲出現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500rpm-3000rpm，并且該
噪聲表現(xiàn)為寬頻，一般噪聲頻率為3000HZ-5000HZ 較明顯，
該噪聲頻譜圖如下：
圖7 增壓器Hiss 噪聲頻譜圖
針對(duì)上述噪聲，可以通過(guò)下列途徑解決：（1）在渦輪增
壓器匹配選型時(shí)，盡可能留出足夠的喘振裕度，在保證發(fā)動(dòng)
機(jī)性能的情況下，讓發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行線(xiàn)遠(yuǎn)離渦輪增壓器的喘振線(xiàn)；
（2）在渦輪增壓器進(jìn)氣口處設(shè)置溝槽結(jié)構(gòu)，避免增壓器入口
處的紊流氣體及噪聲向前傳播；（3）在渦輪增壓器進(jìn)出氣口
處布置相應(yīng)噪聲頻率的諧振消聲器。
3、結(jié)論
本文描述了幾種常見(jiàn)的渦輪增壓器噪聲特點(diǎn)及表現(xiàn)形
式，分析了上述噪聲的產(chǎn)生機(jī)理，并且根據(jù)相應(yīng)的噪聲提出
了對(duì)應(yīng)的解決措施，以實(shí)現(xiàn)降低噪聲提升渦輪增壓器NVH 性
能的目的。
參考文獻(xiàn)
[1] 龐劍,諶剛,何華等.汽車(chē)噪聲與振動(dòng)北京理工出版社.2006.
[2] 李志遠(yuǎn),劉濤,劉淑軍.渦輪增壓器泄壓噪聲試驗(yàn)研究.中國(guó)汽車(chē)工
程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集 2015.
[3] Charlie Teng And Steve Homco Investigation Of Compressor Who
-ose Noise In Automotive Turbochargers. SAE 2009.
[4] 王欽慶.幾種常見(jiàn)渦輪增壓器噪聲及其控制.內(nèi)燃機(jī)與動(dòng)力裝置.
2012.
（上接第36 頁(yè)）
設(shè)計(jì)階段，對(duì)于密封條壓縮力的控制，除選用合適的密
封條斷面外，還可通過(guò)調(diào)整壓縮量及單位長(zhǎng)度壓縮力實(shí)現(xiàn)。
通常，頭道密封條壓縮量設(shè)計(jì)為6mm，門(mén)洞密封條壓縮量設(shè)
計(jì)為3mm，門(mén)洞密封條密封間隙設(shè)計(jì)為14mm。以江淮某車(chē)
型為例，設(shè)計(jì)階段，通過(guò)將門(mén)洞密封條壓縮量由3.5mm調(diào)整
為3mm，經(jīng)CAE 分析，門(mén)洞密封條的單位長(zhǎng)度壓縮力由
2.3N/100mm降低為1.9N/100mm。（如圖5）
表4 調(diào)整鈑金密封間隙對(duì)關(guān)門(mén)速度及靜關(guān)閉力影響
調(diào)整前 調(diào)整0.5mm 調(diào)整1mm 調(diào)整1.2mm
最小關(guān)門(mén)
速度(m/s)
1.35 1.27 1.13 1.07
優(yōu)化率 / 5.9% 16.3% 20.7%
靜關(guān)閉
力（N）
219 197.7 167.5 160
優(yōu)化率 / 9.7% 23.5% 26.9%
除設(shè)計(jì)階段優(yōu)化，針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程問(wèn)題，進(jìn)行針對(duì)性
改進(jìn)。以江淮某車(chē)型為例，生產(chǎn)過(guò)程中，由于車(chē)門(mén)及車(chē)身鈑
金密封間隙偏小，導(dǎo)致密封條壓縮力偏大。通過(guò)調(diào)整實(shí)車(chē)車(chē)
門(mén)與車(chē)身鈑金的密封間隙，降低密封條壓縮力。在允許公差
范圍內(nèi)，隨密封間隙調(diào)整，最小關(guān)門(mén)速度及靜關(guān)門(mén)力明顯降
低，具體數(shù)值見(jiàn)表4。
2.3 降低門(mén)鎖關(guān)閉力
生產(chǎn)過(guò)程中，由于門(mén)鎖及鎖鉤相對(duì)位置出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致
門(mén)鎖關(guān)閉力偏大。以江淮某車(chē)型為例，通過(guò)調(diào)整鎖扣位置，
車(chē)門(mén)整體靜關(guān)閉力由237N 降低為213N，優(yōu)化10.12%。
3、結(jié)語(yǔ)
文章以江淮某車(chē)型為例，通過(guò)對(duì)旋轉(zhuǎn)式車(chē)門(mén)關(guān)閉力的主
要影響因素進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)方法，進(jìn)行實(shí)車(chē)改進(jìn)驗(yàn)證，
實(shí)現(xiàn)了車(chē)門(mén)關(guān)閉力的改進(jìn)。
實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，對(duì)于車(chē)門(mén)關(guān)閉力問(wèn)題，需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)
過(guò)程中存在的問(wèn)題，進(jìn)行逐步分析，從而發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的主要原
因并進(jìn)行針對(duì)改進(jìn)。
參考文獻(xiàn)
[1] 黃天澤,黃金陵.汽車(chē)車(chē)身結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2013.

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