涡轮增压器出口消声器的性能预测和评估

　　柴油发动机已经是欧洲乘用车的主流，为了提高功率密度、降低油耗和满足排放要求，几乎所有汽车柴油机都采用了增压技术． 随着其他零部件噪声控制的改进和增压器质量流量的增加，增压器噪声得到越来越多的关注． 另外，增压器在高转速下运行，其噪声存在高频尖锐刺耳的成分，会恶化汽车的声品质．

　　车用柴油发动机普遍采用涡轮驱动离心式增压器． 离心式增压器的声学特性包括主动声学特性和被动声学特性，主动声学特性主要为叶轮旋转时产生的叶片通过频率( BPF) 和其谐次成分，被动声学特性指其对声波传播的影响［1-2］． 在发动机瞬时加速时，增压器还会产生宽频带的嘶嘶噪声( whooshnoise)［3-4］． 文献［5］则应用计算流体动力学法( CFD) 、边界元法和响应曲面法对增压器叶轮进行形貌优化，取得了较好的降噪效果．

　　增压器入口与空滤器相连，空滤器( 主要是滤芯) 对增压器噪声有较大的衰减，因此增压器出口的噪声就显现出来，需要在增压器出口处连接消声器进行降噪处理． 标致雪铁龙集团设计了一种结合Herschel-Quincke 管和 1 /4 波长管的消声器，该消声器在 1． 6 ～3． 4 kHz 频率间的传递损失达到 15 dB以上［6］． I． J． Lee 等［7］针对以上消声器设计尺寸偏大、消声频率对长度变化过分敏感的缺点，设计了一种多腔体 Helmholtz 共振消声器．

　　国内对车用涡轮增压器的噪声特性研究较少，对增压器出口消声器的研究更是几乎没有． 由于消声器内部结构复杂，且消声频率较高，用一维平面波方法计算其声学性能已经不适用，须用三维仿真方法进行分析，比如有限元法和边界元法［8-9］． 近年来，三维 CFD 法在计算声学性能方面的应用越来越多［10-12］，CFD 法可以考虑到介质的粘性、平均流场和温度场对声学性能的影响，因此相比有限元法和边界元法有其固有的优势．

　　本文对一款国外高级汽车发动机使用的增压器出口消声器进行了三维仿真分析． 首先用三维 CFD法计算了该消声器常温无流条件下的消声量，将计算结果和实验测量结果进行对比，验证了 CFD 模型的可靠性; 然后用 CFD 法计算了存在高温气流时消声器的传递损失，分析其声学性能; 最后在发动机台架上针对增压器出口噪声进行简易的测试，初步分析增压器出口的噪声特性和消声器的插入损失，间接验证了有流时 CFD 方法预测消声器声学性能的有效性．

　　1 建立三维 CFD 消声器模型

　　消声器内部结构可分为 3 段: 头段是由连接头和消声器本身组成的 Helmholtz 共振腔，中段膨胀腔、插入管和末段膨胀槽． 消声器内部结构如图1 所示．