車用發(fā)動(dòng)機(jī)排氣波紋管異響問(wèn)題的試驗(yàn)探究

沈先明

合肥和安機(jī)械制造有限公司 安徽 合肥 231200

引言

伴隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，人們對(duì)于汽車的產(chǎn)品質(zhì)量要求越來(lái)越高，特別是在汽車的駕駛體驗(yàn)上，有著更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)。汽車NVH品質(zhì)以及體驗(yàn)，是影響用戶購(gòu)車的關(guān)鍵性要素。用戶對(duì)于汽車出現(xiàn)的異響問(wèn)題十分重視，會(huì)直接影響到乘客的日常駕駛體驗(yàn)，其中波紋管異響問(wèn)題，受到各界人士的重視。

1 研究背景

排氣系統(tǒng)是當(dāng)下汽車NVH性能的重要組成部分，因此一旦出現(xiàn)噪聲或者不良振動(dòng)問(wèn)題，就會(huì)直接對(duì)用戶的個(gè)人駕駛體驗(yàn)造成較為直接的影響。在排氣波紋管的設(shè)計(jì)中，由于起到排氣系統(tǒng)的關(guān)鍵作用，因此安裝在了三元催化器與消聲器之間，主要是為了起到補(bǔ)償排氣系統(tǒng)零部件的安裝偏差問(wèn)題，以此降低發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的震動(dòng)情況，傳導(dǎo)到汽車的內(nèi)部以及外部，這是一種振動(dòng)解耦的作用。另外在波紋管振動(dòng)的過(guò)程中，解耦性比較高，排氣系統(tǒng)在發(fā)動(dòng)機(jī)以及路面的傳遞過(guò)程中，使得車身底板的振動(dòng)頻率比較低，這樣就會(huì)使用戶對(duì)NVH的性能體驗(yàn)良好，受到消費(fèi)者的歡迎。

2 排氣波紋管技術(shù)

在現(xiàn)階段排氣波紋管的安裝過(guò)程中，采用了可以抵抗排氣系統(tǒng)安裝偏差，以及對(duì)出現(xiàn)的多余載荷的處理效果，從而避免出現(xiàn)熱變形的問(wèn)題。波紋管的設(shè)計(jì)中，可以便于汽車進(jìn)行尾氣的排放，加上對(duì)排氣系統(tǒng)的振動(dòng)吸收以及隔離，提升了車輛整體的乘車體驗(yàn)。當(dāng)下波紋管的材料選擇，基本上都會(huì)采用不銹鋼材料，可以承受一定程度的耐腐蝕的效果。

排氣管波紋管在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用的技術(shù)參數(shù)，基本上包含著剛度系數(shù)，例如靜態(tài)、動(dòng)態(tài)等參數(shù)，以及涉及位移、材料參數(shù)內(nèi)容。在靜剛度的耐久性分析中，會(huì)受到一定程度的影響，使得在動(dòng)剛度的分析中，往往會(huì)對(duì)其系統(tǒng)的NVH造成性能方面的影響。

排氣管波紋管是一種對(duì)排氣系統(tǒng)十分重要的連接和補(bǔ)償?shù)脑骷?。另外，在異響?wèn)題的分析過(guò)程中，逐漸成為現(xiàn)階段各種用戶的關(guān)注問(wèn)題，為了對(duì)其內(nèi)部異響問(wèn)題進(jìn)行準(zhǔn)確處理，就需要對(duì)某車型進(jìn)行詳細(xì)的分析，以此了解到車輛波紋管的異響特征，并利用實(shí)驗(yàn)方式，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的優(yōu)化措施，同時(shí)保障波紋管噪聲的質(zhì)量性控制。

3 A車波紋管異響

3.1 整車主觀評(píng)價(jià)分析

在某轎車猛踩油門的時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到3200r/min時(shí)，振動(dòng)的頻率為107Hz，這個(gè)時(shí)候會(huì)在波紋管位置出現(xiàn)刺耳的噪聲，同時(shí)對(duì)波紋管進(jìn)行觀察，發(fā)生出現(xiàn)較為明顯的抖動(dòng)。同時(shí)熱端轉(zhuǎn)速會(huì)在3250r/min左右的時(shí)候，出現(xiàn)共振問(wèn)題。之后將波紋管使用硬物進(jìn)行抵住，可以在震動(dòng)減弱之后，要嚴(yán)格控制噪聲的出現(xiàn)[1]。

針對(duì)這樣的異響問(wèn)題，本文從整車的主觀性評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)的方式，試用貼臺(tái)架的數(shù)據(jù)采集分析方式，確定出波紋管振動(dòng)的成因?；诠收蠁?wèn)題的實(shí)際情況進(jìn)行分析，相關(guān)測(cè)試與分析人員，判斷可能造成噪聲問(wèn)題的原因分為兩種[2]。首先是可能在排氣熱端出現(xiàn)一定程度的共振問(wèn)題，其二則是在波紋管外層編織網(wǎng)，以及與內(nèi)層波紋管的振動(dòng)處理上，會(huì)出現(xiàn)一定的膨脹，進(jìn)而造成異響問(wèn)題的出現(xiàn)。為了避免排氣系統(tǒng)的振動(dòng)問(wèn)題，傳遞到車體當(dāng)中，波紋管無(wú)法取消設(shè)置。因此，現(xiàn)階段進(jìn)行整車的試驗(yàn)分析會(huì)后，就要嚴(yán)格按照波紋管的整車處理方式進(jìn)行試驗(yàn)，同時(shí)還要對(duì)波紋管異響現(xiàn)象，進(jìn)行針對(duì)性的數(shù)據(jù)采集分析，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理。

3.2 波紋管異響臺(tái)架試驗(yàn)分析

為了對(duì)波紋管的異響問(wèn)題進(jìn)行深入分析，判斷是否是在熱端位置出現(xiàn)共振，以及對(duì)波紋管外層的編織網(wǎng)進(jìn)行振動(dòng)方面的分析，就要構(gòu)建出臺(tái)架試驗(yàn)方式。

3.2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)。在進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程中，首先將排氣系統(tǒng)基于整車的運(yùn)行方式，將其固定到發(fā)動(dòng)機(jī)的聲學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)架上，之后經(jīng)過(guò)波紋管的中心點(diǎn)、將其垂直位置上布置音筒，同時(shí)在進(jìn)行聲音信號(hào)的采集處理上，始終都要保持一個(gè)針對(duì)性的噪聲測(cè)試分析方式，在不同的波紋噪音處理上，始終都要將試驗(yàn)人員在試驗(yàn)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)異響主觀方面的分析以及處理，全面提升主觀評(píng)價(jià)體系[3]。發(fā)動(dòng)機(jī)的聲學(xué)臺(tái)架試驗(yàn)分析的過(guò)程中，要保持裝置的合理使用，同時(shí)提升各個(gè)裝備的性能值，以此保持系統(tǒng)的信息采集穩(wěn)定性。

3.2.2 數(shù)據(jù)分析以及試驗(yàn)結(jié)果。在進(jìn)行分析的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)波紋管在單體動(dòng)剛度的測(cè)試過(guò)程中，出現(xiàn)一定的波紋管共振頻率，分別為70Hz與150Hz，因此與噪聲的發(fā)生頻率并不相同。在將臺(tái)架試驗(yàn)當(dāng)中的波紋管聲音信號(hào)進(jìn)行分析中，則要保持紅色箭頭顯示的異常噪聲，會(huì)出現(xiàn)6次以上的情況，在噪聲頻率的處理上，始終都可以保持覆蓋到整個(gè)范圍當(dāng)中[4]。另外從硬物抵住波紋管之后，發(fā)現(xiàn)噪聲小時(shí)，以你波紋管的動(dòng)態(tài)剛度測(cè)試過(guò)程中，在顯示共振頻率以及異常噪聲的頻率處理上，與MAP的圖顯示噪聲，可以得到針對(duì)性的分析以及處理。在進(jìn)行噪聲的初步判斷過(guò)程中，可以得到具體的編織網(wǎng)的分析。

3.2.3 方案對(duì)比分析。為了消除波紋管的碰撞噪聲問(wèn)題，就可以在進(jìn)行處理的過(guò)程中，采用外層漁網(wǎng)結(jié)構(gòu)，替代傳統(tǒng)的外層編織網(wǎng)的結(jié)構(gòu)類型。這樣的設(shè)計(jì)方式，相比較原本的設(shè)計(jì)方式，用戶的NVH性能得到了全面的提升，同時(shí)在結(jié)構(gòu)的參數(shù)對(duì)比上也比較合理。其次在方案變更之后，其能夠起到的靜剛度受到的影響比較有限，這樣就會(huì)使得在動(dòng)剛度的影響方式下，可以從全新的方案角度進(jìn)行分析，同時(shí)動(dòng)態(tài)剛度的測(cè)試過(guò)程中，無(wú)論是在峰值頻率還是在動(dòng)態(tài)剛度的測(cè)試上，都可以發(fā)揮出較強(qiáng)的性能值。

在進(jìn)行分析的過(guò)程中，所采用的MAP圖顯示的新方案，可以在整個(gè)測(cè)試的過(guò)程中，相比較原本的方案更加平穩(wěn)，在對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行分析中，也得到其噪聲的出現(xiàn)，基本上是收到這方面的因素影響。通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)以及分析，可以極大地提升噪聲的判斷方式，也相應(yīng)地讓新結(jié)構(gòu)發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

3.3 分析結(jié)論

在對(duì)其轎車的波紋管噪聲問(wèn)題進(jìn)行處理的過(guò)程中，進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)之后進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)分析，可以判斷出其噪聲出現(xiàn)的原因，主要是受到中間波紋管與外層編織網(wǎng)的碰撞問(wèn)題影響。因此在將波紋管外層網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行更換，就可以起到消除噪聲的問(wèn)題。

4 B轎車波紋管異響

4.1 主觀性評(píng)價(jià)

在對(duì)B轎車進(jìn)行異響問(wèn)題進(jìn)行分析中，要首先基于主觀的角度進(jìn)行異響問(wèn)題的評(píng)價(jià)，通過(guò)試驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速掃過(guò)或者穩(wěn)定在3000轉(zhuǎn)的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)明顯的異響問(wèn)題，其他轉(zhuǎn)速并不會(huì)出現(xiàn)異響問(wèn)題。同時(shí)異響問(wèn)題出現(xiàn)之后，其波紋管會(huì)出現(xiàn)明顯的刺耳噪聲，進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)之后，是一種無(wú)法接受的噪聲問(wèn)題。相關(guān)人員進(jìn)行仔細(xì)的觀察，發(fā)現(xiàn)在外觀進(jìn)行的振動(dòng)的時(shí)候，有著明顯的振動(dòng)問(wèn)題，同時(shí)對(duì)于異響現(xiàn)象以及特征的角度進(jìn)行分析，基本上都是波紋管出現(xiàn)的共振問(wèn)題影響。

4.2 異響原因

波紋管的實(shí)際安裝過(guò)程中，由于是在三元催化器之后，這樣就可以起到對(duì)振動(dòng)情況的消減作用。同時(shí)波紋管的設(shè)計(jì)中，基本上為外網(wǎng)、波紋管、軟管以及護(hù)網(wǎng)圈進(jìn)行組成，所起到的剛度支持以及減震的作用，可以很好地為波紋管提供良好的防護(hù)效果，同時(shí)提升部分的阻尼作用。在軟管的設(shè)置過(guò)程中，需要進(jìn)行導(dǎo)通高溫尾氣，以及在波紋管的運(yùn)動(dòng)限位處理。整個(gè)護(hù)網(wǎng)圈的設(shè)計(jì)中，要全面提升波紋管的整體固定作用。

排氣波紋管的技術(shù)設(shè)計(jì)上，基本上包含著剛度、線性位移、氣密性等方面的要求。在精剛度的設(shè)置上，基本上會(huì)涉及波紋管的耐久性能，而在動(dòng)剛度方面，則會(huì)直接影響到NVB的性能，在出現(xiàn)的線性位移方面，基本上是波紋管運(yùn)動(dòng)限位方面的作用。出現(xiàn)的氣密性在檢查裝配方式下，存在著一定的裂縫問(wèn)題。

對(duì)整個(gè)零部件氣密性進(jìn)行檢查，在泄漏量方面符合設(shè)計(jì)的實(shí)際要求，這就表明沒(méi)有出現(xiàn)明顯的氣密性。對(duì)波紋管的故障進(jìn)行分析，并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的開裂以及失效的問(wèn)題，因此可以排除漏氣出現(xiàn)的可能。

在異響問(wèn)題出現(xiàn)在3000轉(zhuǎn)的情況下，就可以初步判斷是由于發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)起發(fā)波紋管的模態(tài)，這樣就會(huì)導(dǎo)致共振問(wèn)題出現(xiàn)問(wèn)題。因此就要在進(jìn)行排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，積極加強(qiáng)橫掃試驗(yàn)分析，測(cè)量波紋管的加速值。

4.3 波紋管設(shè)計(jì)優(yōu)化

基于波紋管出現(xiàn)的異響問(wèn)題進(jìn)行分析，以及從振動(dòng)控制角度進(jìn)行分析，要制定出一個(gè)對(duì)波紋管異響問(wèn)題進(jìn)行處理的重要方案，以此實(shí)現(xiàn)波紋管的全面優(yōu)化設(shè)計(jì)分析。

在具體的操作中，首先進(jìn)行移頻處理，同時(shí)波紋管動(dòng)剛度的峰值頻率，會(huì)向著高頻方向進(jìn)行移動(dòng)。這樣的處理方式下，可以讓固有頻率發(fā)生變動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)的情況，進(jìn)而控制波紋管的共振問(wèn)題。這樣的波紋管動(dòng)剛度的峰值頻率提升之后，就可以充分地利用好波紋管的實(shí)際長(zhǎng)度，以及對(duì)波數(shù)的實(shí)際變化進(jìn)行分析，全面提升波紋管的靜剛度。在方案的設(shè)置過(guò)程中，需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的耐久性試驗(yàn)之后，才可以全面降低整體的斷裂效果。在耐久性的處理過(guò)程中，要進(jìn)行針對(duì)性分析，以此保障波紋管可以符合使用的具體需求。

控制突變的情況，這是由于影響到排氣波紋管的振動(dòng)問(wèn)題，基本上會(huì)出現(xiàn)各種各樣的因素，噪聲的問(wèn)題也較為的復(fù)雜。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)以及分析過(guò)程中，無(wú)法及時(shí)找到一個(gè)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方式，對(duì)其波紋管的峰值進(jìn)行相應(yīng)的突變調(diào)整，因此這樣的處理方式存在著一定弊端。

利用削峰的處理方式，可以在系統(tǒng)發(fā)生共振的時(shí)候，讓阻尼對(duì)系統(tǒng)的幅值影響較大，因此就可以利用好阻尼的效果，提升整體的削峰的效果。波紋管的使用過(guò)程中，基本上與彈簧相似，僅僅有著剛度方面的處理方式，因此在外網(wǎng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，就要進(jìn)行針對(duì)性的阻尼處理。

在原本的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用的是利用編織網(wǎng)的方式，對(duì)其波紋管進(jìn)行有效的約束，因此本質(zhì)上無(wú)法起到阻尼的效果。同時(shí)，這樣的編織方式重量比較大，經(jīng)常會(huì)受到震動(dòng)的影響，而出現(xiàn)明顯的敲擊、摩擦的情況，進(jìn)而出現(xiàn)異響。在當(dāng)下進(jìn)行處理過(guò)程中，要積極的控制波紋管的振動(dòng)問(wèn)題，對(duì)其外編織網(wǎng)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，這樣就可以全面提升整體的運(yùn)行穩(wěn)定性，不會(huì)出現(xiàn)異響問(wèn)題。

4.4 實(shí)驗(yàn)分析

在對(duì)全新的方案進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程中，基本上可以從剛度、掃頻以及主觀評(píng)價(jià)的方式進(jìn)行試驗(yàn)分析。在新方案動(dòng)剛度的峰值處理上，基本上需要在100Hz的位置，實(shí)現(xiàn)明顯的降低，因此比原本的方案更小。在新方案的處理過(guò)程中，可以得到良好的控制。在新波紋管投入使用之后，也相應(yīng)符合當(dāng)下零部件的質(zhì)量需求，在動(dòng)剛度以及掃頻環(huán)節(jié)，始終保持一個(gè)較高的設(shè)計(jì)需求。經(jīng)過(guò)全新的設(shè)計(jì)方案分析中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于波紋管異響的消失，要積極的保障波紋管可以始終保持一個(gè)較高的設(shè)計(jì)效果。另外，在進(jìn)行處理過(guò)程中，對(duì)于波紋管的運(yùn)行質(zhì)量，并不會(huì)發(fā)生一定的問(wèn)題，因此整體的處理手段，可以發(fā)揮出較強(qiáng)的處理效果，是一種十分重要的優(yōu)化以及設(shè)計(jì)的方式。

在上述兩種方案的分析中，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)波紋管的異響問(wèn)題處理中，要秉承著主觀評(píng)價(jià)、臺(tái)架分析的方式，進(jìn)行深入的分析以及處理，這樣才可以在運(yùn)行過(guò)程中，始終控制振動(dòng)以及異響，并不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的影響。其次，在進(jìn)行處理過(guò)程中，也要積極提升分析的針對(duì)性，提升方案穩(wěn)定性，解決異響問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在現(xiàn)階段汽車產(chǎn)品的推出中，人民群眾對(duì)于汽車的異響問(wèn)題十分看重，因此本文就從波紋管的異響問(wèn)題出發(fā)，進(jìn)行了詳細(xì)的分析，針對(duì)不同的車輛進(jìn)行不同分析，以此提升處理的整體效率，避免車輛在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的異響問(wèn)題，提升車輛品質(zhì)。