某車型發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)goose噪聲分析與改進(jìn)

陳洪方　王建秋　劉全　王博

摘 要：隨著客戶對(duì)整車舒適性的要求越來(lái)越高，汽車制造商在整車NVH性能方面也正面臨著越來(lái)越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。文章主要以某一車型發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)goose噪聲問(wèn)題改善為案例，闡述了goose噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，影響因素，解決措施及改善效果。關(guān)鍵詞：發(fā)動(dòng)機(jī);正時(shí)系統(tǒng);噪聲中圖分類號(hào)：U462.3 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）11-106-04

Abstract：?With the increasing demand of customers for vehicle comfort， automobile manufacturers are facing more and more severe challenges in NVH performance. With the case of solving engine timing system goose noise issue for some vehicle，?this paper describes the?mechanism of goose noise generation， influencing factors， optimization proposals and effect.?Keywords：?Engine;?Timing?system;?NoiseCLC NO.： U462.3 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）11-106-04

1 引言

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展和汽車產(chǎn)品技術(shù)的不斷提高，客戶對(duì)整車舒適性的要求越來(lái)越高，汽車制造商在整車NVH性能方面也正面臨著越來(lái)越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的核心，發(fā)動(dòng)機(jī)NVH性能對(duì)整車NVH表現(xiàn)有著重要的影響。由于正時(shí)皮帶結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕量化、成本低、加工和維護(hù)方便的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)，但正時(shí)帶傳動(dòng)噪聲依然是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要噪聲。本文主要是就某車型正時(shí)系統(tǒng)goose噪聲問(wèn)題解決案例闡述goose噪聲產(chǎn)生的原因、影響因素及其改進(jìn)提升方案。

2 產(chǎn)生機(jī)理

正時(shí)帶傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲類型主要有皮帶與齒輪的嚙合噪聲、皮帶擺動(dòng)噪聲、正時(shí)輪系摩擦噪聲、正時(shí)輪系共振噪聲等[1]。影響正時(shí)帶傳動(dòng)噪聲的因素比較復(fù)雜，正時(shí)系統(tǒng)goose噪聲是正時(shí)系統(tǒng)皮帶抖動(dòng)（頻率400-600Hz） 與懸置支架600Hz的模態(tài)耦合共振產(chǎn)生噪聲激勵(lì)，結(jié)構(gòu)噪聲通過(guò)懸置傳遞到車身，車內(nèi)便會(huì)聽(tīng)到goose聲，主要在怠速工況表現(xiàn)較為明顯。

3 影響因素排查

3.1 異響源確認(rèn)

如圖1所示，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)分析測(cè)試標(biāo)記點(diǎn)每間隔約0.43s～0.44s規(guī)律性地出現(xiàn)一次較大沖擊。

某款發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)皮帶齒數(shù)為130齒，驅(qū)動(dòng)輪齒齒數(shù)為21齒，怠速轉(zhuǎn)速為840±20rpm，驅(qū)動(dòng)輪每轉(zhuǎn)一圈時(shí)間1/840·60=0.0714s，驅(qū)動(dòng)輪每齒運(yùn)轉(zhuǎn)間隔時(shí)間0.0714/21=?0.0034s，皮帶與驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速關(guān)系為130/21=6.2，0.44s對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為0.44/0.0714=6.2r，因此測(cè)試數(shù)據(jù)中每0.43s～0.44s出現(xiàn)的一次沖擊為皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)一圈產(chǎn)生的一次激勵(lì)。

在發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋、懸置被動(dòng)側(cè)、車內(nèi)駕駛員右耳側(cè)布點(diǎn)進(jìn)行振動(dòng)噪聲測(cè)量。測(cè)試結(jié)果如圖2所示，車輛A（編號(hào)Cs063001）缸蓋X向振動(dòng)為2.2 m/s?，車輛B（編號(hào)Cs063291）缸蓋X向振動(dòng)為0.85?m/ s?，車輛A車內(nèi)噪聲600Hz為19.5dB（A），車輛B車內(nèi)噪聲600Hz為13.7dB（A），異響車輛振動(dòng)為正常車輛振動(dòng)2.5倍，證明goose噪聲與發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)相關(guān)。

3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)裝配影響

調(diào)取問(wèn)題發(fā)生期間正時(shí)系統(tǒng)惰輪支架、VVT、張緊器等零部件裝配力矩并對(duì)其過(guò)程能力進(jìn)行分析，如圖3、圖4、圖5所示，Cpk均大于1.33，趨勢(shì)平穩(wěn)、無(wú)異常。

正時(shí)皮帶張緊力在冷試和熱試后較初始裝配狀態(tài)均有下降趨勢(shì)，但正時(shí)皮帶初始張緊力和振動(dòng)幅值沒(méi)有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖6所示。張緊器裝配工藝調(diào)整驗(yàn)證，對(duì)goose噪聲略有改善。裝配工藝調(diào)整后，振動(dòng)均值由0.8 m/ s?降至0.71 m/ s?，峰值最大由1.14 m/ s?降低至0.99 m/ s?。

3.3 發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)零部件質(zhì)量影響

臺(tái)架振動(dòng)表現(xiàn)好（19年批次）與表現(xiàn)差（18年批次）不同批次的正時(shí)皮帶進(jìn)行ABA驗(yàn)證，振動(dòng)表現(xiàn)跟隨皮帶轉(zhuǎn)移。如圖7所示，裝配19年批次皮帶振動(dòng)幅值RMS優(yōu)于裝配18年批次皮帶，RMS均值相差0.23m/ s?。通過(guò)對(duì)正時(shí)皮帶全尺寸檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，最終確定goose噪聲與皮帶寬度、擺動(dòng)值強(qiáng)相關(guān)，結(jié)果如圖8所示。18年和19年批次正時(shí)皮帶尺寸均滿足要求，但19年主動(dòng)端振動(dòng)值較小的批次皮帶寬度更接近下差。正時(shí)系統(tǒng)VVT、TVD帶輪、張緊器、正時(shí)惰輪等零部件ABA驗(yàn)證對(duì)振動(dòng)無(wú)影響。

3.4 發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速影響

某款發(fā)動(dòng)機(jī)按照標(biāo)定控制邏輯，怠速轉(zhuǎn)速隨著氣壓及環(huán)境溫度變化，熱機(jī)怠速轉(zhuǎn)速在750～900rpm之間變化。如圖9所示，同一車輛不同怠速轉(zhuǎn)速下NVH測(cè)試表明隨怠速轉(zhuǎn)速升高，goose噪聲會(huì)變大。同時(shí)同一環(huán)境條件下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速燃燒穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)怠速燃燒穩(wěn)定，怠速轉(zhuǎn)速波動(dòng)在±10rpm以內(nèi)。

3.5 整車傳遞路徑影響

車內(nèi)goose噪聲與本體振動(dòng)有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系，發(fā)動(dòng)機(jī)goose頻段振動(dòng)源小車內(nèi)噪聲小，發(fā)動(dòng)機(jī)goose頻段振動(dòng)源大車內(nèi)噪聲大，但部分車輛發(fā)動(dòng)機(jī)goose頻段振動(dòng)源小車內(nèi)噪聲反而大。如圖10所示，對(duì)7臺(tái)試驗(yàn)車輛測(cè)試樣本數(shù)據(jù)分析，1-4號(hào)本體振動(dòng)幅值小，車內(nèi)goose噪聲小，5號(hào)本體振動(dòng)幅值大，車內(nèi)goose噪聲大，6、7號(hào)本體振動(dòng)幅值在1-4號(hào)振動(dòng)幅值范圍內(nèi)，但車內(nèi)goose噪聲明顯大于36dB（A）。發(fā)動(dòng)機(jī)goose頻段振動(dòng)正常，車內(nèi)噪音大，說(shuō)明車內(nèi)goose噪聲大小一定程度上受傳遞路徑強(qiáng)影響。

如圖11所示，對(duì)4臺(tái)goose噪聲不同表現(xiàn)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)本體（缸蓋與懸置支架安裝點(diǎn)位置）、懸置主動(dòng)側(cè)、懸置被動(dòng)側(cè)、車內(nèi)噪聲進(jìn)行測(cè)試對(duì)比：

（1）本體goose頻率幅值在結(jié)構(gòu)上由懸置主動(dòng)側(cè)支架放大50%以上。

（2）懸置被動(dòng)側(cè)振動(dòng)幅值增減趨勢(shì)同主動(dòng)側(cè)振動(dòng)幅值，主動(dòng)側(cè)振動(dòng)幅值大，被動(dòng)側(cè)響應(yīng)大。

（3）車內(nèi)goose聲大小基本與被動(dòng)側(cè)響應(yīng)相關(guān)，被動(dòng)側(cè)振動(dòng)幅值低，車內(nèi)goose噪聲小。

4 解決措施

4.1 張緊器裝配工藝優(yōu)化

為防止張緊器加載不到位造成皮帶齒形嚙合不好，通過(guò)正時(shí)系統(tǒng)裝配工藝對(duì)標(biāo)對(duì)張緊器裝配工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。由原裝配工藝漲緊器調(diào)整到最大張緊位置時(shí)擰緊VVT螺栓，調(diào)整漲緊器指針到0°位置，擰緊張緊器，優(yōu)化為漲緊器調(diào)整到最大張緊位置時(shí)擰緊VVT螺栓，調(diào)整漲緊器指針到0°～?9°，再將指針調(diào)整到+3°度位置，擰緊張緊器。同時(shí)為有利于工藝裝配對(duì)張緊輪安裝面垂直度及惰輪安裝面垂直度進(jìn)行加嚴(yán)控制。統(tǒng)計(jì)工藝優(yōu)化調(diào)整前后發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)各100臺(tái)次，振動(dòng)幅值0.9?m/ s?以上的比例由10%降到1.1%。

4.2 正時(shí)皮帶一致性控制

根據(jù)以上影響因素調(diào)查發(fā)現(xiàn)的不同批次皮帶參數(shù)差異，對(duì)正時(shí)皮帶參數(shù)進(jìn)行如下優(yōu)化：①皮帶背部精磨控制，waviness≤0.06;②皮帶擺動(dòng)量控制，擺動(dòng)量≤1mm;③皮帶寬度由23±0.5mm更改為22.85±0.35mm。

皮帶改進(jìn)前后發(fā)動(dòng)機(jī)本體振動(dòng)測(cè)試對(duì)比，如表1所示，改進(jìn)后振動(dòng)幅值平均可降低0.18?m/ s?，車內(nèi)goose噪聲較控制前降低2dB（A）以上。

4.3 傳遞路徑

由影響因素排查知選懸置支架是goose噪聲傳遞的主要結(jié)構(gòu)路徑，因此優(yōu)化傳遞路徑主要從避開共振頻率考慮。通過(guò)對(duì)懸置加重量不同的配重塊測(cè)試驗(yàn)證[2]，最終選擇懸置增加1Kg質(zhì)量配重塊方案，改進(jìn)效果如圖12所示，右懸置被動(dòng)側(cè)降低至0.16?m/ s?，車內(nèi)goose噪聲降低3.7dB（A），改善效果明顯。

5 結(jié)論

（1）正時(shí)系統(tǒng)goose噪聲受正時(shí)系統(tǒng)裝配、正時(shí)皮帶參數(shù)控制、發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速、傳遞路徑等諸多因素影響。

（2）發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)皮帶寬度、擺動(dòng)量等參數(shù)是影響goose噪聲的重要因素，開發(fā)階段應(yīng)針對(duì)這些參數(shù)設(shè)計(jì)DOE匹配試驗(yàn)，選定最優(yōu)參數(shù)[3]。

（3）懸置支架是goose噪聲傳遞的主要結(jié)構(gòu)路徑，從方案效果、實(shí)施周期及成本考慮，不失為一較優(yōu)選擇。

（4）正時(shí)系統(tǒng)goose噪聲與發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速有一定關(guān)系，但標(biāo)定控制策略調(diào)整將影響整車動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性及排放，本文所述案例未采用此措施，在后續(xù)新項(xiàng)目開發(fā)過(guò)程中應(yīng)借鑒此經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行規(guī)避。

參考文獻(xiàn)

[1] 歐陽(yáng)彩云等.發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)皮帶噪聲分析與改進(jìn)[J].汽車實(shí)用技術(shù).?2016.

[2] 趙彤航.基于傳遞路徑分析的汽車車內(nèi)噪聲識(shí)別與控制[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué).2008.

[3] 龐劍等.汽車噪聲與振動(dòng). 理論與應(yīng)用.北京：北京理工大學(xué)出版社. 2016.