降低某發(fā)動機怠速噪聲

崔慶濤 馬志杰 方順亭

摘要：本文通過對某汽油機怠速噪聲大問題進行測試分析，得出該汽油機正時系統(tǒng)噪聲突出，針對正時系統(tǒng)噪聲問題進行了專項調(diào)查和分析驗證，最終在降低正時系統(tǒng)噪聲基礎上，降低了整機怠速噪聲，為提升整機聲品質(zhì)、提高整車舒適性作出了相應的貢獻。

關鍵詞：汽油機;怠速噪聲;正時系統(tǒng)

中圖分類號：U464.171 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0062-03

0 ?引言

根據(jù)福特汽車公司統(tǒng)計，整車約有1/3的故障和車輛的NVH問題有關;豐田、通用、大眾等各大公司有近20%的研發(fā)費用消耗在解決車輛NVH問題上。隨著客戶對舒適性要求的日益提升，整車噪聲一直是客戶關注的焦點。尤其是發(fā)動機的噪聲表現(xiàn)對主機廠的銷量和品牌形象有著重要意義。

某主機廠通過委托獨立第三方咨詢公司調(diào)查，該主機廠某發(fā)動機怠速噪聲大位居發(fā)動機系統(tǒng)問題TOP2。優(yōu)化該款發(fā)動機怠速噪聲迫在眉睫。

1 ?現(xiàn)狀調(diào)查

在消聲室對該發(fā)動機進行噪聲測試分析，結果表明：該發(fā)動機怠速噪聲聲壓級66.5dB（A），比競品大3.7dB（A），降低其怠速噪聲值刻不容緩！

采集發(fā)動機本體四方（上方、前方、進氣側、排氣側）噪聲，噪聲曲線對比發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機前方、排氣側、進氣側以及上方，在315Hz頻段都產(chǎn)生噪聲凸起。

對怠速噪聲頻譜分析發(fā)現(xiàn)，315Hz頻段噪聲聲壓級達到63.6dB（A），對整機噪聲貢獻度達90%，是怠速發(fā)動機的主要聲源，如圖1所示。由于噪聲聲壓級是對數(shù)處理的，降低噪聲水平，必須對主要噪聲源進行優(yōu)化。

使用聲源定位裝置，對發(fā)動機前方、排氣側進行聲源定位測試，發(fā)現(xiàn)前方、排氣側315Hz聲源定位均指向發(fā)動機正時系統(tǒng)，即315Hz頻段噪聲為發(fā)動機正時系統(tǒng)發(fā)出，如圖2所示，主要向前方、排氣側輻射導致。

因此，正時系統(tǒng)315Hz頻段噪聲是發(fā)動機怠速噪聲大的主要癥結所在。

2 ?原因分析

根據(jù)噪聲產(chǎn)生機理，噪聲是由激勵源通過傳動路徑產(chǎn)生的響應。

對于正時系統(tǒng)存在315Hz的噪聲峰值，應是正時傳動過程中產(chǎn)生偏大激勵，通過正時系統(tǒng)（含蓋板）及缸體結構傳遞路徑，綜合作用產(chǎn)生。

所以，問題癥結可能是正時激勵過大，也可能是傳遞路徑存在315Hz左右的固有頻率，對該頻率段激勵進行響應放大（主動降噪），如圖3所示;同時，也可能傳遞路徑的隔聲性能較差引起（被動降噪）。

該發(fā)動機的正時系統(tǒng)主要由曲軸正時驅(qū)動齒輪提供扭矩，通過正時皮帶在惰輪和張緊器壓緊，帶動進氣調(diào)節(jié)齒輪和排氣調(diào)節(jié)齒輪運轉，使進/排氣凸輪軸根據(jù)ECU控制策略進行工作運轉;由于正時系統(tǒng)高速運轉，為保證設備和人員安全，以及隔聲要求，需要在外部增加正時蓋板。

因此，對于傳遞路徑，可分為結構傳播和空氣傳播兩部分：

結構傳播——正時蓋板（從布置空間和成本考慮設計采用塑料正時蓋板，剛度偏低）、正時皮帶可能存在315Hz固有頻率，產(chǎn)生共振。

空氣傳播——正時系統(tǒng)密封差，315Hz頻段噪聲泄露。

3 ?要因確認

綜合以上分析，根據(jù)正時系統(tǒng)的結構原理，本文重點研究傳遞路徑方對正時系統(tǒng)噪聲的影響。

在消聲室進行改變蓋板固定螺栓個數(shù)的單因子方差分析試驗，分析方法為：因子X為蓋板螺栓個數(shù);因子水平：2個螺栓、3個螺栓、4個螺栓;響應Y為正時系統(tǒng)315Hz頻段噪聲;建立假設：原假設H0：μ=μ1=μ2;備選假設H1：至少有一對μi≠μj。

檢驗結果表明，P值都大于0.05，即各樣本數(shù)據(jù)相互獨立，服從正態(tài)分布，且樣本總體方差相等，故滿足單因子方差分析條件。

進一步分析P值=0.000小于0.05，拒絕原假設，即更改正時蓋板的螺栓個數(shù)，噪聲均值有明顯變化，如圖4所示，即正時蓋板剛度對正時系統(tǒng)噪聲有影響，需對正時蓋板剛度進行整改驗證。

根據(jù)聲學知識，傳損與開孔率的關系如圖5所示，密封越好，隔聲性能越佳，孔隙率大于1%，正時系統(tǒng)無隔聲作用，則確認為要因。

現(xiàn)場檢查蓋板設計，其孔隙率6.75%（完全密封面800mm2，未密封面54mm2），無隔聲作用，且導致正時315Hz頻段噪聲外泄，該因素為要因，需同步對正時蓋板密封進行整改優(yōu)化。

4 ?整改驗證

4.1 優(yōu)化正時蓋板結構設計

正時蓋板設計成整體式，上蓋板處增加螺栓孔位，如圖6和圖7所示，任意抽取五例優(yōu)化后正時蓋板，分別測試其固有頻率，結果表明各樣件固有頻率均在450Hz左右，高出315Hz，有效避免了正時蓋板結構共振。

4.2 正時蓋板完全密封

修改圖紙，增大缸蓋和后蓋板接觸法蘭面，如圖8所示，任意抽取五臺樣機，分別測試其蓋板處隔聲量，結果表明，正時蓋板漏聲孔消除后，蓋板隔聲量均在3.5dB（A）左右。

■

5 ?總結

5.1 正時系統(tǒng)噪聲檢查

綜合以上應用方案，對優(yōu)化后315Hz頻段噪聲進行效果檢查，測試結果優(yōu)化后發(fā)動機315Hz頻段噪聲從63.6dB（A）降到54.0dB（A），實際下降9.6dB（A），如圖9所示。

5.2 整機噪聲檢查

任意抽取五臺優(yōu)化后發(fā)動機進行噪聲復測，優(yōu)化后發(fā)動機怠速噪聲平均從66.5dB（A）降到61.0dB（A），實際下降5.5dB（A），如圖10所示。

本文通過對某汽油機怠速噪聲大問題進行測試分析，得出該汽油機正時系統(tǒng)噪聲突出，針對正時系統(tǒng)噪聲問題進行了專項調(diào)查和分析驗證，最終在降低正時系統(tǒng)噪聲基礎上，降低了整機怠速噪聲，為提升整機聲品質(zhì)、提高整車舒適性作出了相應的貢獻。

參考文獻：

[1]龐劍.汽車噪聲與振動[M].北京：北京理工大學出版社，2006.

[2]陳楠.汽車振動與噪聲控制[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]丁艷平.發(fā)動機正時皮帶噪聲分析與改進[J].汽車技術，2015.