某汽油發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系異響問(wèn)題分析與解決

李 剛

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西 柳州 545005）

0 引言

隨著人們生活水平的不斷提高和汽車(chē)行業(yè)的迅速發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)的質(zhì)量和行駛品質(zhì)要求不斷提高。發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系的異響，不僅導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)性能的下降還直接影響整車(chē)NVH，所以發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系的異響問(wèn)題的解決，十分重要。

某汽油發(fā)動(dòng)機(jī)在方向盤(pán)打死時(shí)，前端輪系出現(xiàn)打滑異響現(xiàn)象，方向盤(pán)回正后異響消除。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)皮帶張緊力，發(fā)現(xiàn)皮帶張力下降明顯僅為250N，低于設(shè)計(jì)值。更換張緊器、壓縮機(jī)、壓縮機(jī)支架、發(fā)電機(jī)、轉(zhuǎn)向泵等輪系附件后異響有所改善，但是在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速下方向盤(pán)打死時(shí)異響未完全消除。本文通過(guò)對(duì)可能造成發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系異響的原因進(jìn)行分析，找到異響的根源，解決輪系異響問(wèn)題。

1 原因分析

發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶作為汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系外附件，最常見(jiàn)的故障現(xiàn)象主要為異響，皮帶異響主要分為打滑異響和對(duì)齊度異響兩類(lèi)，打滑異響一般通過(guò)提高張力、降低扭振、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等手段可以解決[1]。依據(jù)這一理論，某汽油發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系異響問(wèn)題，首先從皮帶張力、對(duì)齊度、共面度方面等方面進(jìn)行分析。

1.1 張力不足

首先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系皮帶張力進(jìn)行測(cè)量，張力測(cè)試結(jié)果如表1所示，皮帶初張力310N，發(fā)動(dòng)機(jī)熱機(jī)后張力下降僅有250N，張力衰減嚴(yán)重，熱態(tài)張力不否滿足要求。

表1 張力測(cè)試數(shù)據(jù)

1.2 對(duì)齊度、共面度問(wèn)題

正常運(yùn)行的輪系，通常相鄰兩輪中心平面偏差應(yīng)＜0.7°，兩輪角度偏差應(yīng)≤1°[2]。使用對(duì)齊度儀對(duì)輪系對(duì)齊度進(jìn)行測(cè)量，某發(fā)動(dòng)機(jī)輪系對(duì)齊度數(shù)據(jù)為：皮帶輪－壓縮機(jī)0.67°，轉(zhuǎn)向泵－發(fā)電機(jī)0.7°，對(duì)齊度符合設(shè)計(jì)要求。

共面度理論尺寸計(jì)算為合格，由于前端輪系部分零件工裝件的開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，發(fā)動(dòng)機(jī)樣機(jī)部分零件采用的是快速樣件，快速樣件制造完成后經(jīng)測(cè)量部分尺寸為不合格。為確保項(xiàng)目進(jìn)度，裝機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)尺寸不合格的零件讓步使用。這些尺寸可能會(huì)影響到輪系共面度，將尺寸不合格的零件中涉及平面度的尺寸代入計(jì)算公式重新檢驗(yàn)計(jì)算共面度。經(jīng)計(jì)算，快速樣件超差的尺寸對(duì)共面度影響不大。

1.3 張緊器內(nèi)部結(jié)構(gòu)問(wèn)題

由皮帶張力測(cè)試數(shù)據(jù)可知：皮帶初張力310N，怠速熱機(jī)后張力為250N，方向盤(pán)打死前端輪系有較嚴(yán)重的異響。該現(xiàn)象表明張緊器的張力輸出異常，將張緊器拆下進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)其阻尼明顯較其他機(jī)型類(lèi)似規(guī)格的張緊器低。經(jīng)拆解，發(fā)現(xiàn)張緊器內(nèi)部阻尼套磨損嚴(yán)重（圖1）。結(jié)構(gòu)磨損造成內(nèi)部配合出錯(cuò)導(dǎo)致皮帶熱態(tài)張力下降，是前端輪系異響的原因之一。

圖1 阻尼套磨損

1.4 轉(zhuǎn)向泵怠速消耗功率過(guò)大

輪系布置方案確認(rèn)后，由于轉(zhuǎn)向泵開(kāi)發(fā)周期問(wèn)題，對(duì)轉(zhuǎn)向泵進(jìn)行過(guò)變更，使用輪徑較小的轉(zhuǎn)向泵。兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)向泵功率一致，除輪徑大小不同外其他狀態(tài)相同。雖然轉(zhuǎn)向泵本體不變，但是直徑由128mm減小為115mm，相同的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下小輪徑消耗功率更大。輪徑變小導(dǎo)致轉(zhuǎn)向泵功率消耗大是前端輪系異響的原因之一。

1.5 張緊輪布置問(wèn)題

張緊器最初布置在發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系左下角（輪系最松邊），后來(lái)根據(jù)項(xiàng)目要求，在發(fā)動(dòng)機(jī)輪系中增加轉(zhuǎn)向泵。根據(jù)整車(chē)邊界，轉(zhuǎn)向泵位需布置在輪系左側(cè)偏中下的位置，該處的布置空間狹小，轉(zhuǎn)向泵布置在此處會(huì)與張緊器的工作位置干涉。由于邊界條件不能改動(dòng)，為避免干涉，將張緊器位置由原先位于發(fā)動(dòng)機(jī)輪系左下角移到輪系的右上角，原張緊器的位置由惰輪替代。此時(shí)張緊器的新位置位于消耗功率較大處，不在最松邊，存在設(shè)計(jì)缺陷。張緊器不在最松邊是造成皮帶異響的原因之一。

2 解決方案及效果

綜合以上原因分析，某汽油機(jī)前端輪系有打滑異響的主要原因是張力不足、張緊器阻尼系統(tǒng)磨損嚴(yán)重、張緊器不在最松邊等原因造成。轉(zhuǎn)向泵怠速功率消耗過(guò)大的問(wèn)題，通過(guò)使用輪徑更大的轉(zhuǎn)向泵解決，針對(duì)其他造成異響原因制定優(yōu)化方案解決。

2.1 優(yōu)化張緊器

對(duì)張緊器進(jìn)行優(yōu)化，增大張緊器的彈簧扭矩，提高張緊器輸出張力，使皮帶張力達(dá)到冷機(jī)350±5% N ，熱機(jī)450±5% N。同時(shí)優(yōu)化張緊器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計(jì)芯軸、底座、張緊臂，其他結(jié)構(gòu)借用量產(chǎn)機(jī)型的量產(chǎn)零件，避免張緊器阻尼系統(tǒng)磨損導(dǎo)致張力下降。

將優(yōu)化后張緊器裝到發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)測(cè)量皮帶張力冷機(jī)時(shí)張力355N ，熱機(jī)后張力450N，符合優(yōu)化設(shè)計(jì)要求。在整車(chē)上進(jìn)行驗(yàn)證，怠速時(shí)打死方向盤(pán)，輪系異響有所改善，僅偶爾出現(xiàn)異響，其他工況如急加速、急減速等無(wú)異響。雖然異響問(wèn)題有改善，但是無(wú)法徹底消除異響。再次進(jìn)行CAE計(jì)算，結(jié)果顯示皮帶張力需達(dá)到900N才能消除異響，提升張力到900N需要再增加彈簧線徑，目前彈簧線徑很大，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)已經(jīng)無(wú)法再增大線徑。優(yōu)化后的張緊器無(wú)法徹底解決異響問(wèn)題，該方案不可行。

2.2 重新布置輪系

由于原張緊器優(yōu)化后仍然無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，所以需重新布置輪系。在發(fā)動(dòng)機(jī)本體主要零部件不變更的前提下，調(diào)整張緊器的位置，將其布置在最松邊，原張緊器位置由惰輪代替，同時(shí)將原來(lái)的單層輪系布置改為雙層輪系布置，轉(zhuǎn)向泵單獨(dú)組成一層輪系。

新發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系布置分兩層，第一層主輪系（圖2）為：壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、水泵等輪系附件，用張緊器進(jìn)行張緊，使用6PK聚酯皮帶驅(qū)動(dòng)；第二層輪系（圖3）：轉(zhuǎn)向泵、惰輪（新增零件）組成，使用彈性帶由單獨(dú)一條皮帶驅(qū)動(dòng)。經(jīng)Simdrive 3D分析計(jì)算，靜態(tài)布置及動(dòng)態(tài)計(jì)算均符合設(shè)計(jì)指標(biāo)。按照新輪系方案制作樣件，在整車(chē)上進(jìn)行驗(yàn)證，怠速、怠速時(shí)方向盤(pán)打死、勻速行駛、急加速、急減速、上坡、下坡等各工況均無(wú)異響，雙層輪系布置設(shè)計(jì)滿足要求，發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系異響的問(wèn)題得到徹底解決。

圖2 新輪系第一層主輪系圖

3 新輪系第二層輪系

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)某汽油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系異響進(jìn)行分析，找到異響的原因。對(duì)張緊器進(jìn)行優(yōu)化后異響無(wú)法完全消除，最后通過(guò)重新布置將單層輪系布置改為雙層輪系布置的方法，壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、水泵、張緊器為第一層輪系，轉(zhuǎn)向泵由單獨(dú)一條皮帶驅(qū)動(dòng)為第二層輪系，徹底解決輪系異響的問(wèn)題。為今后汽油發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系異響問(wèn)題的解決提供了一種參考。