某發(fā)動(dòng)機(jī)PCV閥怠速異響問題分析

楊依

摘要： 某耐久車在路試過程中，發(fā)現(xiàn)怠速工況存在高頻異響。通過整車摸底測試及聲源定位等分析手段查找噪聲源，判定為缸蓋罩殼體的PCV閥，因其內(nèi)部閥體磨損而引起氣體的通過流量較大，導(dǎo)致該高頻異響。后續(xù)對(duì)其閥體材料進(jìn)行優(yōu)化，增加耐酸性保證零部件的正常功效，降低異響問題的產(chǎn)生，以提升整車怠速聲品質(zhì)性能。

Abstract： During the road test of a durable vehicle， it was found that there was high frequency abnormal sound in the idle speed condition. Through the vehicle test and sound source positioning analysis method， the noise source was found and determined to be the PCV valve of the cylinder head cover shell.Because of the wear of its internal valve body， the gas flow rate was large， leading to the high frequency sound.Subsequently， the material was optimized to increase the acidity to ensure the normal function of the parts and raduce the occurrence of abnormal sound problems， so as to improve the sound quality and performance of the vehicle.

關(guān)鍵詞： 異響;PCV閥;聲源定位

Key words： abnormal sound;PCV valve;sound localization

中圖分類號(hào)：TK428?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）19-0043-02

0? 引言

隨著人們生活水平的提高，汽車已成為一種大眾消費(fèi)品。消費(fèi)者對(duì)車輛的選擇余地越來越大，對(duì)車輛的要求也隨之提高。多數(shù)顧客駕駛汽車時(shí)，不僅把它作為一種代步工具，同時(shí)期望得到安靜舒適的車內(nèi)體驗(yàn)感，因此在購買汽車時(shí)非常在意汽車的振動(dòng)噪聲性能。汽車上發(fā)出聲音的系統(tǒng)和部件很多。有的聲音與發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)有關(guān)系，如發(fā)動(dòng)機(jī)本體噪聲以及進(jìn)、排氣系統(tǒng)噪聲等。在產(chǎn)品開發(fā)初期，這類聲音掩蓋了其他聲源。隨著這些主要噪聲源的控制，其他一些部件的噪聲慢慢的凸顯出來，如齒輪的嚙合聲、轉(zhuǎn)向盤液壓泵的聲音、空壓機(jī)泵、刮水器泵的低頻聲和調(diào)節(jié)自動(dòng)座椅位置的聲音等等。這些聲音多半是由一些旋轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生，頻率比較單一，是一種純音，聽起來非常清晰。近年來，人們對(duì)這種聲音的聲品質(zhì)越來越重視。

不同于制動(dòng)性、操控穩(wěn)定性和碰撞安全性能，這些性能的評(píng)價(jià)需要特定的條件。而汽車的NVH性能很容易被感知，尤其對(duì)一些突兀的異響問題難以接受。發(fā)動(dòng)機(jī)作為汽車的動(dòng)力源泉，同時(shí)也是汽車上最大的振動(dòng)和噪聲源[1]。隨著發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)技術(shù)的提高，發(fā)動(dòng)機(jī)本體的振動(dòng)及噪聲日趨減弱，發(fā)動(dòng)機(jī)上原來一些不引人注目的零部件振動(dòng)噪聲問題日益突出。當(dāng)車輛處于怠速工況，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及負(fù)荷均較小，總體噪聲水平較低時(shí)，更容易暴露NVH問題。例如某些零部件經(jīng)過長期運(yùn)轉(zhuǎn)工作，耐久磨損導(dǎo)致的異響問題，已逐漸成為怠速工況車內(nèi)噪聲的主導(dǎo)因素。

本文舉例某車型耐久路試過程發(fā)生的怠速異響問題，通過整車摸底測試及聲源定位等分析手段查找噪聲源[2]，判定為缸蓋罩內(nèi)部的PCV閥因磨損導(dǎo)致異響，后續(xù)對(duì)閥體材料進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，增加其耐久可靠性，以提升整車怠速聲品質(zhì)性能。

1? 噪聲測試及聲源定位分析

某車型耐久試驗(yàn)時(shí)（已路試4萬公里里程），路試人員發(fā)現(xiàn)怠速工況發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部存在明顯的異響聲，類似于嘯叫。其它工況也存在該異響，但因其它工況轉(zhuǎn)速及負(fù)荷較高，發(fā)動(dòng)機(jī)的本體噪聲較大將其掩蓋，不易察覺。

在發(fā)動(dòng)機(jī)艙進(jìn)行麥克風(fēng)布點(diǎn)測試，通過濾波分析該異響為5700Hz的單頻噪聲，且頻譜顯示頻段內(nèi)的最大頻率亦為5700Hz，分貝值較大。利用LMS測試軟件顯示實(shí)時(shí)頻譜圖，通過移動(dòng)麥克風(fēng)的測點(diǎn)位置，對(duì)比查看各個(gè)測點(diǎn)位置的近場噪聲在怠速工況下的最高頻率及其對(duì)應(yīng)的分貝值。經(jīng)過查找，判定噪聲源主要集中在缸蓋罩。后續(xù)通過換件對(duì)比，更換缸蓋罩集成件后，異響消除。對(duì)缸蓋罩集成件的零部件做進(jìn)一步拆解分析，當(dāng)更換PCV閥時(shí)異響消除。將異響件拆裝到其它發(fā)動(dòng)機(jī)仍然存在上述異響情況，故最終判定PCV閥為異響源。

2? PCV閥工作原理及其結(jié)構(gòu)

在發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，總有一部分可燃混合氣和廢氣經(jīng)活塞環(huán)竄到曲軸箱內(nèi)，竄到曲軸箱內(nèi)的汽油蒸汽凝結(jié)后將使機(jī)油變稀，性能變壞。廢氣內(nèi)含有水蒸氣和二氧化硫，水蒸氣凝結(jié)在機(jī)油中形成泡沫，破壞機(jī)油供給，這種現(xiàn)象在冬季尤為嚴(yán)重。二氧化硫遇水生成亞硫酸，亞硫酸遇到空氣中的氧生成硫酸，酸性物質(zhì)不僅使機(jī)油變質(zhì)，也會(huì)使得零件受到腐蝕。由于可燃混合氣和廢氣竄到曲軸箱內(nèi)，曲軸箱內(nèi)的壓力將增大，機(jī)油會(huì)從曲軸油封、曲軸箱襯墊等處滲出而流失。流失到大氣中的機(jī)油蒸汽會(huì)加大發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)大氣的污染。發(fā)動(dòng)機(jī)裝有曲軸箱通風(fēng)裝置就可以避免或減輕上述現(xiàn)象。利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的抽吸作用抽吸曲軸箱內(nèi)的氣體稱為強(qiáng)制通風(fēng)方式。在曲軸強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng)中，最重要的控制元件是PCV閥，其作用是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工況的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)入氣缸的曲軸箱氣體數(shù)量[3]。

發(fā)動(dòng)機(jī)各工況下的PCV閥開度：①發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)PCV閥的開度。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)不工作時(shí)，PCV閥中的彈簧將其中的錐形閥壓在閥座上，關(guān)閉了曲軸箱與進(jìn)氣管的通路。②發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速或減速時(shí)PCV閥的開度。在怠速或減速時(shí)，進(jìn)氣管真空度很大，真空度克服彈簧壓力把錐形閥高高吸起，這時(shí)錐形閥3與PCV閥體1之間只有很小的縫隙，如圖1所示。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)在怠速或減速工作時(shí)，竄入曲軸箱的氣體很少。所以PCV閥開度雖小，但足以使曲軸箱氣體流出。③部分節(jié)氣門體開度時(shí)PCV閥的開度。節(jié)氣門部分開度時(shí)的進(jìn)氣管真空度比怠速時(shí)小，在彈簧的作用下錐形閥與閥體間的縫隙增大。因?yàn)樵诓糠止?jié)氣門體開度下發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷比怠速時(shí)大，竄入曲軸箱的氣體比較多，所以較大的PCV閥開度可以使所有曲軸箱的氣體被吸入進(jìn)氣管。④發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷工作時(shí)PCV閥的開度。發(fā)動(dòng)機(jī)在大負(fù)荷工作時(shí)，節(jié)氣門體全開進(jìn)氣管真空度較小，彈簧將錐形閥進(jìn)一步向下壓，使PCV閥的開度達(dá)到最大。因?yàn)榇筘?fù)荷時(shí)將產(chǎn)生更多的曲軸箱氣體，所以只有PCV閥開度很大才能使曲軸箱氣體全部進(jìn)入進(jìn)氣管。⑤進(jìn)氣管回火時(shí)PCV閥的開度。如果進(jìn)氣管發(fā)生回火，進(jìn)氣管壓力增高，錐形閥落在閥座上，如同發(fā)動(dòng)機(jī)不工作一樣，以防止回火進(jìn)入曲軸箱而引發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)爆炸。當(dāng)活塞或氣缸嚴(yán)重磨損時(shí)，將有過多的氣體竄入曲軸箱，這時(shí)即使PCV閥開度最大也不足以使這些氣體都流入進(jìn)氣管。在這種情況下，曲軸箱壓力也將會(huì)升高，部分曲軸箱氣體經(jīng)空氣軟管進(jìn)氣空氣濾清器。

3? 整改措施及優(yōu)化對(duì)比測試

通過對(duì)異響件的流量測試發(fā)現(xiàn)其各壓力下的流量均超上限值，如表1所示。對(duì)其結(jié)構(gòu)拆解分析發(fā)現(xiàn)閥體存在明顯的磨損痕跡，經(jīng)測試該異響件的內(nèi)孔直徑因磨損增大約0.12mm，導(dǎo)致氣體流量變大。PBT和PA66均為PCV閥常用的材料，在無介質(zhì)的常規(guī)耐久試驗(yàn)中并無明顯差異。但是在發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸箱內(nèi)部的工作環(huán)境較為復(fù)雜，存在各種具有腐蝕性的可燃混合氣和廢氣。故建議將閥體材料由目前的PA66 GF20變更為PBT GF30，通過提高閥體自身的耐酸性，增強(qiáng)零部件耐久可靠性。

將優(yōu)化樣件搭載于實(shí)車進(jìn)行主、客觀評(píng)價(jià)及測試數(shù)據(jù)分析，如圖2-圖4所示。測試結(jié)果表明：近場噪聲及缸蓋罩處的振動(dòng)頻譜在5700Hz處均明顯減弱，主觀評(píng)價(jià)亦無明顯嘯叫異響聲。

4? 總結(jié)

人們說一個(gè)產(chǎn)品的聲品質(zhì)好是指他們覺察不到噪聲存在或者聲音并不讓人反感，而聲品質(zhì)壞是指噪聲使人不舒服并讓人有煩惱的感覺。除了整車的常規(guī)操作噪聲，如關(guān)門聲、刮水器與前檔玻璃的摩擦聲、行李箱關(guān)門聲等等，子系統(tǒng)的零部件也會(huì)產(chǎn)生運(yùn)轉(zhuǎn)之后的異響噪聲。某些零部件經(jīng)過一系列耐久試驗(yàn)后，其自身的磨損會(huì)降低其功能作用，且可能會(huì)產(chǎn)生不正常的異響噪聲[4]。本文舉例PCV閥的工作原理，通過對(duì)閥體材料進(jìn)行優(yōu)化，降低閥體因氣體流通過程中所產(chǎn)生的磨損，減小各工況下氣體的流量波動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)總體噪聲水平較低時(shí)，一些不引人注目的零部件更容易暴露NVH問題。后續(xù)需重點(diǎn)關(guān)注低速工況下的異響問題，提升整車聲品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]龐劍，諶剛，何華.汽車噪聲與振動(dòng)理論與應(yīng)用[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2006.

[2]龐劍.汽車車身噪聲與振動(dòng)控制[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.

[3]陳家瑞，等.汽車構(gòu)造上冊(cè)[M].內(nèi)燃機(jī)工程，2005.

[4]靳曉雄，張立軍.汽車噪聲的預(yù)測與控制[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2003.