某皮卡空載異響產(chǎn)生根源的發(fā)現(xiàn)與問題研究

（江西五十鈴發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，南昌330200）

某皮卡空載異響產(chǎn)生根源的發(fā)現(xiàn)與問題研究

殷志雄

（江西五十鈴發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，南昌330200）

通過對(duì)一輛皮卡車空載異響問題的發(fā)現(xiàn)、排查、根源確定，闡述了一般異響問題的解決思路。該皮卡整車空載加速和空載定置3 500 r/min時(shí)，有4 800 Hz左右的哨音異響。整車上發(fā)動(dòng)機(jī)本體也無此振動(dòng)頻率。從發(fā)動(dòng)機(jī)本體、增壓器、排氣系統(tǒng)入手，經(jīng)過一系列測(cè)試，最終發(fā)現(xiàn)了問題產(chǎn)生的根源。

皮卡車異響試驗(yàn)排氣系統(tǒng)NⅤH

1 前言

隨著汽車工業(yè)水平的不斷提高，汽車車內(nèi)的噪聲問題逐漸成為汽車制造商最為關(guān)心的問題。而對(duì)噪聲的主客觀感受將會(huì)直接影響客戶對(duì)產(chǎn)品的選擇趨向。改善整車NⅤH性能，提高用戶滿意度，已經(jīng)成為車輛振動(dòng)噪聲研究領(lǐng)域的重要方向。

2 汽車噪聲來源

汽車是一個(gè)包括各種不同性質(zhì)噪聲的綜合噪聲源。按噪聲產(chǎn)生的部位，主要分為與發(fā)動(dòng)機(jī)有關(guān)的噪聲，與排氣系統(tǒng)有關(guān)的噪聲，以及與傳動(dòng)系統(tǒng)和輪胎有關(guān)的噪聲。

1)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲包括燃燒、機(jī)械、進(jìn)氣、排氣、冷卻風(fēng)扇及其他部件發(fā)出的噪聲。在發(fā)動(dòng)機(jī)各類噪聲中，發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒噪聲和機(jī)械噪聲占主要成分。機(jī)械噪聲是指發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，各零件相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的撞擊，以及發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部周期性變化的機(jī)械作用力在零部件上產(chǎn)生的彈性變形所導(dǎo)致的表面振動(dòng)而引起的噪聲，包括活塞敲擊聲、氣門機(jī)構(gòu)聲和正時(shí)齒輪聲。燃燒噪聲和機(jī)械噪聲都是有發(fā)動(dòng)機(jī)本體發(fā)出的，并且隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，噪聲也增加。

2)排氣系統(tǒng)噪聲發(fā)動(dòng)機(jī)排出廢氣時(shí)，在排氣門附近，排氣歧管內(nèi)及排氣管口氣體壓力發(fā)生劇烈變化，在空氣中和排氣管內(nèi)產(chǎn)生壓力波，輻射出很強(qiáng)的噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)排氣噪聲往往比發(fā)動(dòng)機(jī)其他噪聲源的總噪聲高10～15 dB。排氣噪聲按產(chǎn)生的原因分為3種：（1）排氣門開啟時(shí)產(chǎn)生的周期性排氣噪聲。(2)氣體渦流噪聲。（3）排氣管道共鳴噪聲。

3)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)包括離合器、變速器（分動(dòng)器）、傳動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)橋等。傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲主要來源于變速齒輪嚙合傳動(dòng)的撞擊、振動(dòng)和傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)振動(dòng)；另外，箱體軸承等方面也影響著噪聲的大小。齒輪噪聲以聲波向空間傳出的僅是一小部分，而大部分則是變速器、驅(qū)動(dòng)橋的激振使各部分振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲。輪胎噪聲是汽車的另一個(gè)重要的噪聲源。

本文以異響產(chǎn)生→異響排查→異響驗(yàn)證為思路，采用LMS振動(dòng)噪聲測(cè)試儀器，以及專業(yè)的測(cè)試分析軟件Test.lab，闡述了異響問題的解決方法，具有很好的借鑒意義。

3 車輛異響現(xiàn)象及其測(cè)試

某皮卡車空載加速經(jīng)過3 500 r/min和空載定轉(zhuǎn)速3 500 r/min時(shí)存在尖銳的哨音，較為刺耳，客戶難以接受。圖1是發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)艙測(cè)試中，空載加速經(jīng)過3 500 r/min附近出現(xiàn)4 800 Hz的異常亮帶。圖2是發(fā)動(dòng)機(jī)艙測(cè)試中，空載定轉(zhuǎn)速3 500 r/min附近出現(xiàn)4 800 Hz的異常亮帶。

4 異響排查

將發(fā)動(dòng)機(jī)從整車上拆卸后，在發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)NⅤH測(cè)試，測(cè)試結(jié)果證明發(fā)動(dòng)機(jī)本身沒有此異響頻率存在。

圖1 空載加速增壓器處頻譜圖

圖2 空載定轉(zhuǎn)速3 500 r/min增壓器處頻譜圖

主觀排查，發(fā)現(xiàn)車底中部的哨音最為明顯，右前輪處次之，車前和車后最小。

經(jīng)過客觀排查，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，4 800 Hz高頻噪聲的來源較大可能是氣動(dòng)噪聲。因此從發(fā)動(dòng)機(jī)本體、增壓器、排氣系統(tǒng)等入手。

4.1發(fā)動(dòng)機(jī)本體噪聲

無論在試驗(yàn)臺(tái)架上還是在整車上，發(fā)動(dòng)機(jī)本體振動(dòng)頻譜圖上，均未發(fā)現(xiàn)有4 800 Hz亮帶，見圖3?？梢猿醪脚袛?，該異響與發(fā)動(dòng)機(jī)本體的振動(dòng)無關(guān)。

圖3 空載加速發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋振動(dòng)

4.2增壓器噪聲

為了驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)在低負(fù)荷下工作時(shí)，是否處于增壓器的喘振邊緣，進(jìn)行了如下試驗(yàn)：空載恒定轉(zhuǎn)速試驗(yàn)（1 500 r/min、2 000 r/min、2 500 r/min、3 000r/min和3 500 r/min），測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量和壓比。試驗(yàn)結(jié)果證明，增壓器的全負(fù)荷及空載均在穩(wěn)定工作區(qū)間，見圖4。初步判斷該異響與增壓器工作狀況無關(guān)。

4.3排氣系統(tǒng)噪聲

4.3.1 整車振動(dòng)測(cè)試

為查明車輛異響的原因，對(duì)整車進(jìn)行噪聲、振動(dòng)測(cè)試。結(jié)果表明，整車從前往后，4 800 Hz振動(dòng)幅值大小排列如下：

發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋＜增壓器＜催化器前端＜催化器后法蘭面＞排氣管前中法蘭面＞排氣管中后法蘭面＞消聲器后＞排氣口

可見，催化器后面的排氣金屬編織軟管段對(duì)整個(gè)異響貢獻(xiàn)最大，結(jié)合聲學(xué)分析，可以初步確定該處為異響主要產(chǎn)生源。排氣系統(tǒng)模態(tài)經(jīng)過仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證，均與此次異響頻率無關(guān)。

4.3.2 排氣系統(tǒng)模態(tài)測(cè)試

圖4 壓氣機(jī)性能圖

仿真分析和模態(tài)試驗(yàn)分析得出，排氣系統(tǒng)的前6階固有模態(tài)都在100 Hz以內(nèi)，不可能是由于激勵(lì)引起排氣管共振而導(dǎo)致本次異響，參見表1。圖5為排氣系統(tǒng)有限元網(wǎng)格，圖6為排氣系統(tǒng)的模態(tài)分析結(jié)果（以1、5階為例）。

表1 有限元分析結(jié)果

圖5 排氣系統(tǒng)有限元網(wǎng)格

4.3.3 排氣系統(tǒng)測(cè)試

圖7～圖16分別給出了空載加速試驗(yàn)中，增壓器噪聲噪聲頻譜，右前輪側(cè)噪聲頻譜，車底中部噪聲頻譜，增壓器振動(dòng)頻譜，催化器前后端的振動(dòng)頻譜，以及排氣管前中法蘭面、排氣管中后法蘭面由圖7～圖9可見，在增壓器處、右前輪側(cè)和車底中部噪聲頻譜圖中，均出現(xiàn)4 500～4 800 Hz的亮帶。

圖6 排氣系統(tǒng)模態(tài)分析

圖7 空載加速增壓器處噪聲頻譜

圖8 空載加速右前輪側(cè)噪聲頻譜

在圖10中的增壓器振動(dòng)頻譜圖中，未發(fā)現(xiàn)有4 800 Hz亮帶，4 100 Hz判定為增壓器殼體模態(tài)。在圖11～圖14的催化器前、后法蘭面和排氣管前中、中后法蘭面的振動(dòng)頻譜圖中，均出現(xiàn)4 800 Hz亮帶，振幅分別為0.5g、16.12g、6.61g、6.6g。

在消聲器后（圖15）和排氣管中后法蘭面（圖16）振動(dòng)頻譜圖中，均出現(xiàn)4 800 Hz亮帶，振幅分別為2.5g和1.4g。

圖9 空載加速車底中部噪聲頻譜

圖10 空載加速時(shí)增壓器的振動(dòng)

5 異響驗(yàn)證

為了證明確實(shí)為排氣系統(tǒng)所致，且噪聲源為排氣金屬編織軟管段，進(jìn)行了拆除排氣金屬編織軟管段試驗(yàn)。圖17為拆除排氣金屬編織軟管段前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比。

圖11 空載加速時(shí)催化器前端的Z向端振動(dòng)

圖12 空載加速時(shí)催化器后法蘭面Z向振動(dòng)

圖13 空載加速時(shí)排氣管前中法蘭面的Z向振動(dòng)

圖14 空載加速時(shí)排氣管中后法蘭面Z向振動(dòng)

排氣金屬編織軟管段本身，振動(dòng)和噪聲上均沒有4 800 Hz這個(gè)異響頻率存在。進(jìn)一步拆解發(fā)現(xiàn)，排氣系統(tǒng)工藝制造缺陷是造成此次異響的最終原因。圖18為拆下的排氣金屬編織軟管段。圖19為排氣管法蘭面接口的縫隙，此排氣管道焊接工藝不佳，導(dǎo)致法蘭面與管路不垂直，出現(xiàn)較大縫隙。排氣出口處的高速氣流沖擊狹縫，是產(chǎn)生此次哨音的根本原因。

圖15 空載加速消聲器后Z向振動(dòng)

圖16 空載加速排氣管中后法蘭面Z向振動(dòng)

圖17 催化器后法蘭面Z向振動(dòng)對(duì)比

圖18 排氣金屬編織軟管段

圖19 排氣管法蘭面接口

6 結(jié)論

經(jīng)過以上試驗(yàn)得出：

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)本體和增壓器并非異響產(chǎn)生根源。

（2）加速工況下，拆除排氣金屬編織軟管段后，4 000～4 200 Hz和4 500～4 800 Hz的異常頻段完全消失。發(fā)動(dòng)機(jī)在勻速3 500 r/min工況下，拆除排氣金屬編織軟管段后，4 800 Hz的異響也完全消失。

（3）該皮卡車，加速和勻速下，異響主要位置為排氣金屬編織軟管。建議對(duì)排氣系統(tǒng)法蘭、排氣金屬編織軟管及催化器的加工與設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)排查整改，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝，杜絕不合格產(chǎn)品。

（4）排氣系統(tǒng)模態(tài)經(jīng)過仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證，均與此次異響頻率無關(guān)。

Location of and Research on Root Cause of Abnormal Noise of a Pickup Truck in No-load Condition

Yin Zhixiong
（JiangxiⅠsuzu Engine Co.,Ltd,Nanchang 330200,China）

A general method to solve NⅤH problem especially abnormal noise is presented by theinvestigation of abnormal noise of a pickup vehicle running in idling condition.One kind of whistle noise of frequency of 4 800 Hz was found at 3 500 r/min without load.Such frequency noise was not found in engine body.Ⅰt was after many measurements and tests were made to engine body,turbocharger and exhaust system that the root cause of the abnormal noise was discovered.

pickup truck,abnormal noise,test,exhaust system,NⅤH

10.3969/j.issn.1671-0614.2014.04.008

來稿日期：2014-05-26

殷志雄（1968），男，碩士研究生，主要研究方向?yàn)椴裼蜋C(jī)制造。