发动机增压器隔热罩辐射噪声控制

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设计•研究
发动机增压器隔热罩辐射噪声控制
胡亮亮尉爽王桢睿姜耀全徐朋
(上海汽车集团股份有限公司技术中心）
摘要：本文以某款涡轮增压器发动机增压器隔热罩作为研究对象，通过在增 压器隔热罩里面添加阻尼材料和安装位置增加弹簧垫圈隔振两种方式对发动机增
压器隔热罩辐射噪声进行控制研究，来有效降低增压器隔热罩辐射噪声，进而为发
动机其他零部件进行噪声控制研究提供参考。

关键词：发动机增压器隔热罩弹簧垫圈辐射噪声阻尼材料
1引言
随着中国经济发展，消费者对汽车性能及舒 适性提出了更高的要求。

随着发动机功率越来越 高，噪声与振动问题越来越突出™。

发动机本体结 构件辐射噪声一般占发动机总辐射噪声的40% ~ 60%3发动机辐射噪声中外围结构件同样是非常 重要的辐射噪声源。

外围结构件受到发动机各种 激励时，表现出横向弯曲、纵向弯曲、扭转或耦合 效应等，因此研究结构件辐射噪声非常重要。

本文以某款发动机在台架上通过传递路径方 法分别在传递路径即隔热罩安装螺栓处添加弹簧 垫圈减振降低辐射噪声，同时在响应位置既在隔 热罩内部添加阻尼材料从而有效降低发动机增压 器隔热罩辐射噪声。

2辐射噪声产生机理
发动机是存在多个声源的复杂机器，其噪声 按产生机理可分为:空气动力性噪声、结构振动噪 声。

结构振动噪声是燃烧噪声、机械噪声、液体动 力噪声激振发动机结构振动而产生的结构振动噪 声，又称表面辐射噪声。

发动机激励引起的振动形成了各种不同形式和不同地点的激励源，使结构 的响应情况有所不同，最终反馈在与空气接触的 表面振动。

辐射声波机理来看，有点原、偶极子源和四极 子源等基本类型。

在空间某点上质量流率随时间 改变就形成了点源，点源的声辐射是无指向性的，设简谐点源的振动为式(1):
S(t)=Sw coswt(1)式中:S(t)为源处流体的体积变化率;s…为源处流 体的体积速度最大值;W为圆频率。

简谐点源的辐射声功率为式(2):
2
ISJ2(2)
4ttc
式中:p为环境媒介的密度;C为环境媒介的升速；
I S J为点源强度的有效值。

控制发动机噪声，最终就是要减小表面辐射 噪声，可考虑:控制噪声源、控制传播途径，控制表 面辐射，隔离辐射噪声，前两者属于主动控制，后 者属于被动控制。

表面辐射噪声中燃烧噪声和活 塞敲击噪声对表面辐射噪声影响较大，对这两种
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图11阶约束模态
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图22阶约束模态
图3 1/3倍频谱图增压器隔热罩1600Hz声源识别图图4增压器隔热罩1600Hz声源识别图
噪声源及其传递途径采取措施，能有效降低辐射 噪声
3增压器隔热罩基本结构
隔热罩是排气系统重要的零件，其作用是隔 离排气歧管、增压器或者催化包往外辐射的热量 [4]。

增压器隔热罩上通常通过螺栓安装在增压器 蜗壳上，用于降低蜗壳往外辐射温度能量，多由单 层镀铝板结构组成，但也有些是三层三明治复合 结构，两边是镀铝板，中间是玻璃纤维。

而隔热罩 由于采用隔热材料，属于薄壁零件，模态频率较 低，往往容易被增压器激励本身产生辐射噪声以 及放大来自其他相邻连接零件的噪声。

4增压器隔热罩辐射噪声
隔热罩噪声的成因主要有三个：一是连接隔热罩的增压器蜗壳本身激励较大，二是隔热罩的 一阶模态频率太低，在发动机工作转速范围内被 激励起来引起共振，辐射较大噪声,三是隔热罩结 构阻尼太小，受到振动激励时辐射噪声较大。

仿真 分析某发动机增压器隔热罩约束模态仿真1阶和 2阶振型，模态频率分别251和289Hz，如下图1和图2所示，约束模态频率较低，容易放大来自增 压器蜗壳的辐射噪声。

图3为排气侧1米侧噪声 1/3倍频程频谱图，蓝色为带隔热罩频谱图，绿色 为取消隔热罩频谱图，从图中可知,排气侧最大噪 声贡献频率为1600Hz和4000Hz,通过声源识别测 试，确定为增压器隔热罩辐射噪声,应该为增压器 隔热罩高阶次模态频率，如图4所示，同时取消增 压器隔热罩，声压级总体降低1.84dB(A)，
测试结果
图5弹簧垫圈结构图图6弹簧垫圈剖视图
如5所示，1600Hz和4000Hz频率分别降低2.2dB (A)和 1.3dB(A)，进一步验证了 1600Hz 和 4000Hz 左右贡献能量来自增压器隔热罩。

5辐射噪声控制
5.1安装方式
为了有效降低增压器隔热罩的辐射噪声，通 过传递路径方法在传递路径也就是螺栓安装位置 处添加三个弹簧垫圈，降低来自增压器蜗壳的激 烈，从而降低辐射噪声，弹簧垫圈结构如图5所 示，隔热罩内圈在弹簧垫圈中间，通过上下弹簧垫 圈来隔离增压器传递给隔热罩的振动，降低隔热 罩上的振动响应，弹簧垫圈剖视图如6所示。

图7为排气侧1米侧噪声1/3倍频程频谱测试结果，蓝色为三明治隔热罩，绿色为弹簧垫圈安装方式 隔热罩，声压级总体降低〇.88dB(A)左右，1600Hz 降低2.8cm(A)，4000Hz降低0.5dB(A)，另外其它频 率也由相应降低，声功率降低0.41dB(A)〇
5.2隔热罩材料
从隔热罩结构本身来考虑降低辐射噪声，现 在通常选用的三明治复合结构材料，中间是玻璃 纤维，阻尼效果较差。

阻尼对能量消耗起着至关重 要作用，高频范围内，随着壳体阻尼增大，壳体辐 射声功率逐渐降低，高阻尼壳体材料有利于降低
壳体的高频噪声，现研究选取阻尼材料隔热罩结
6 技术纵横轻型汽车技术2020(7)
图8 阻尼材料隔热罩结构图
构如图8所示，阻尼系数0.31，阻尼厚度为lrmn，嵌在隔热罩里面，内外层是〇.4mm镀铝板。

图9为 排气侧1米侧噪声1/3倍频程频谱测试结果，蓝 色为三明治隔热罩，绿色为阻尼材料隔热罩，声压 级总体降低1.9dB(A)左右，1600Hz降低3.5dB(A)，4000Hz降低2.2dB(A),另外其它频率也由相应降 低，声功率降低〇.83dB(A)。

5.3最终方案
通过以上研究，阻尼材料隔热罩方案为最优 方案，考虑到成本和工艺要求，选取了中间是玻璃 纤维三明治复合结构的隔热罩，同时选用三弹簧 垫圈安装方式，通过测试结果表明,怠速噪声声压 级有效降低〇.88dB(A)左右，声功率降低0.41dB
(A),改善较为明显。

6 结论
⑴隔热罩通常选用隔热材料导致壁薄、刚度 小很容易本身产生辐射噪声同时还容易放大其他
图9阻尼材料隔热罩噪声对比图
相连零部件的结构噪声；
(2) 通过传递路径方法，在传递路径隔热罩安 装位置产生弹簧垫圈，减小增压器传递给隔热罩
的振动，能有效降低辐射噪声。

(3) 通过传递路径方法，在结构响应隔热罩选 用阻尼钢板材料，阻尼材料吸收隔热罩的振动，能
有效降低辐射噪声。

参考文献
1庞剑，谌刚，何华.汽车振动与噪声-理论
与运用[M].北京：北京理工大学出版社，2006.
2 张磊，任海军，艾晓玉.发动机薄壁件结构
振动优化[J].振动工程学报,2010,23:(6):687-695.
3张伟龙，邬忠永，丁保安，等.基于Test丄ab
隔热罩辐射嗓声分析〇〇.2018.1(35).
4崔宁，胡昌良，路明，等.某汽油机排气隔热
罩噪声仿真对比研究[J
].内燃机学报,2013(2).。