補(bǔ)強(qiáng)膠片對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)NVH貢獻(xiàn)的應(yīng)用

宮茂云

摘 要：本文介紹了補(bǔ)強(qiáng)膠片在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣側(cè)減振降噪的作用。通過(guò)對(duì)比分析手段，依次對(duì)進(jìn)氣歧管、支架及機(jī)油導(dǎo)管進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)分析。結(jié)果表明補(bǔ)強(qiáng)膠片具備減振降噪功能，為NVH工程師分析各部件強(qiáng)度提供了有利的分析依據(jù)。為后續(xù)的發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)發(fā)優(yōu)化方案提供支持。

關(guān)鍵詞：補(bǔ)強(qiáng)膠片 發(fā)動(dòng)機(jī) NVH試驗(yàn)

Abstract：This paper introduces the role of reinforcing film in reducing vibration and noise on the intake side of the engine. Through comparative analysis， the intake manifold， bracket and oil duct were reinforced in turn. The results show that the reinforced film has the function of vibration and noise reduction， which provides a favorable analysis basis for NVH engineers to analyze the strength of each component. Support for subsequent engine development optimizations.

Key words：reinforcing film， engine， NVH test

1 引言

應(yīng)對(duì)汽車市場(chǎng)的愈發(fā)強(qiáng)勁的競(jìng)爭(zhēng)力，基于碳達(dá)峰碳中和的環(huán)保目的，越來(lái)越多的主機(jī)廠開(kāi)始進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)輕量化設(shè)計(jì)。研究認(rèn)為：汽車整備質(zhì)量減少10%，經(jīng)濟(jì)性及動(dòng)力性都會(huì)有明顯改善。目前發(fā)動(dòng)機(jī)主要有兩種途徑：

（1）采用輕質(zhì)高強(qiáng)的材料，如鋁合金、鎂合金高強(qiáng)度鋼材等；（2）改進(jìn)汽車結(jié)構(gòu)，減少材料用量如發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)支架、進(jìn)氣歧管及機(jī)油導(dǎo)管支架等輕量化設(shè)計(jì)。

但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)各部件的輕量化設(shè)計(jì)，固有頻率會(huì)隨著質(zhì)量的減少而變低，發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)就顯得至關(guān)重要。應(yīng)用復(fù)合高分子類補(bǔ)強(qiáng)材料可以將上述問(wèn)題迎刃而解，其中的高分子補(bǔ)強(qiáng)膠片主要用于解決進(jìn)氣歧管支架及機(jī)油導(dǎo)管等的問(wèn)題。通過(guò)復(fù)合補(bǔ)強(qiáng)膠片用于進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣歧管支架、機(jī)油尺導(dǎo)管等對(duì)比分析，可得出發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵NVH部位點(diǎn)，同時(shí)由于補(bǔ)強(qiáng)后壁板剛度的增加，可 以有效降低薄板件的振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)減振降噪，從而使噪音源處得到有效改善。

2 故障分析

某機(jī)型1.6L發(fā)動(dòng)機(jī)NVH測(cè)試時(shí)，2、4、6、8階噪音明顯，需要找出噪音源并對(duì)其進(jìn)行改善。聲望傳感器接收的噪音主要由噪音源、傳遞路徑所產(chǎn)生。此發(fā)動(dòng)機(jī)為直立4缸，點(diǎn)火階次為2階，進(jìn)氣階次一般為4階，還需要分析6、8階噪音源。

2.1 進(jìn)氣歧管分析

為了提高進(jìn)氣歧管總成的可靠性和改善進(jìn)氣歧管總成的NVH性能，傳統(tǒng)的金屬進(jìn)氣歧管總成均設(shè)計(jì)有支架，支架可提高進(jìn)氣歧管模態(tài)頻率，預(yù)防進(jìn)氣歧管斷裂失效。采用塑料進(jìn)氣歧管后，進(jìn)氣歧管總成大多延續(xù)設(shè)計(jì)支架這一習(xí)慣，歧管裝配狀態(tài)、壁厚、阻尼等邊界條件及特征參數(shù)等對(duì)塑料進(jìn)氣歧管總成NVH性能具有較大影響。優(yōu)化支架、使用橡膠減振結(jié)構(gòu)的支架等對(duì)于提升塑料進(jìn)氣系統(tǒng)剛度，避開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)二階共振，減少振動(dòng)傳遞，改善節(jié)氣門(mén)本體的振動(dòng)與疲勞失效具有較好作用。

通過(guò)仿真計(jì)算，得到在第一階（422.07HZ）、第二階（516.16HZ）、第三階（916.72HZ）、第四階（1188.8HZ）進(jìn)氣歧管的固有頻率及主要泛紅區(qū)，見(jiàn)圖1。

2.2 其余部件分析

經(jīng)過(guò)前期的部件驗(yàn)證，2階主要為點(diǎn)火階次，4階主要為進(jìn)氣噪聲，6、8階可能為支架所導(dǎo)致。而輪系方面普遍為高頻階次。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 補(bǔ)強(qiáng)膠片介紹及原理

補(bǔ)強(qiáng)膠片由襯墊層、樹(shù)脂層和隔離紙層構(gòu)成。襯墊層作為骨架材料一般是玻璃纖維布或者鋁箔，可以增加膠片固化后的補(bǔ)強(qiáng)性能，樹(shù)脂層為具有熱固化性能的環(huán)氧樹(shù)脂和具有阻尼性能的橡膠類樹(shù)脂復(fù)合而成，配以固化劑、硫化劑等助劑混合而成。使用時(shí)將膠片裁剪成預(yù)定的尺寸和形狀，揭去隔離紙，利用樹(shù)脂的自粘性粘貼到所需補(bǔ)強(qiáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)部件上即可。

補(bǔ)強(qiáng)膠片根據(jù)補(bǔ)強(qiáng)效果可以分為三類：低補(bǔ)強(qiáng)膠片、中補(bǔ)強(qiáng)膠片和高補(bǔ)強(qiáng)膠片。低補(bǔ)強(qiáng)膠片的補(bǔ)強(qiáng)效果不明顯，適用于易產(chǎn)生變形的部位；中補(bǔ)強(qiáng)膠片的補(bǔ)強(qiáng)效果好，使用率極高；高補(bǔ)強(qiáng)膠片的補(bǔ)強(qiáng)效果最好，但易導(dǎo)致鋼板變形，只能應(yīng)用在特殊部位或特殊車型上。所以此次對(duì)比試驗(yàn)采用中補(bǔ)強(qiáng)膠片。

3.2 測(cè)試設(shè)備及工況介紹

3.2.1 測(cè)試設(shè)備介紹

（1）臺(tái)架設(shè)備，見(jiàn)表1。

（2）測(cè)試設(shè)備，見(jiàn)表2。

3.2.2 試驗(yàn)工況及測(cè)點(diǎn)布置，見(jiàn)表3、表4。

3.3 試驗(yàn)對(duì)比分析

3.3.1 原狀態(tài)試驗(yàn)分析

發(fā)動(dòng)機(jī)處于空載狀態(tài)，測(cè)功機(jī)倒拖發(fā)動(dòng)機(jī)，分別測(cè)量節(jié)氣門(mén)體、進(jìn)氣歧管缸體歧管結(jié)合面及油尺支架位置的振動(dòng)情況，見(jiàn)圖2、圖3。

4種位置處Z方向振動(dòng)較其它方向明顯，進(jìn)氣歧管與節(jié)氣門(mén)體相比較，Z方向振動(dòng)明顯，油尺支架于500-600Hz處存在共振帶，下一步著重檢查進(jìn)氣歧管與機(jī)油尺支架。

3.3.2 原狀態(tài)、補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)氣歧管試驗(yàn)對(duì)比

將補(bǔ)強(qiáng)膠片撕掉鋁箔，將帶黏性的粘貼端附在進(jìn)氣歧管支管處，由之前的仿真計(jì)算分析，模態(tài)泛紅區(qū)普遍為支管側(cè)，見(jiàn)圖４。

通過(guò)colormap頻譜圖可以對(duì)工況轉(zhuǎn)速下的階次線及共振或敲擊現(xiàn)象進(jìn)行分析。原狀態(tài)與補(bǔ)強(qiáng)后進(jìn)氣歧管階次分析見(jiàn)下圖5-圖8。

通過(guò)colormap圖分析，排除臺(tái)架共振等干擾因素，2、4、6、8階的影響程度一致，無(wú)明顯改善，通過(guò)階次切片分析，補(bǔ)強(qiáng)前后的噪聲總級(jí)無(wú)明顯變化，各階次切片的趨勢(shì)和分貝值一致。所以得出以下結(jié)論：針對(duì)進(jìn)氣歧管補(bǔ)強(qiáng)無(wú)明顯作用，后續(xù)的設(shè)計(jì)變更可以先不考慮。

3.3.3 原狀態(tài)與進(jìn)行進(jìn)氣歧管與歧管支架補(bǔ)強(qiáng)對(duì)比

在進(jìn)氣歧管包裹的基礎(chǔ)上，對(duì)進(jìn)氣歧管支架也進(jìn)行全包裹，該發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管支架為金屬支架，有可能為噪聲源之一，通過(guò)colormap頻譜圖可以對(duì)工況轉(zhuǎn)速下的階次線及共振或敲擊現(xiàn)象進(jìn)行分析。原狀態(tài)與補(bǔ)強(qiáng)后進(jìn)氣歧管支架階次分析見(jiàn)下圖９-圖12。

通過(guò)補(bǔ)強(qiáng)進(jìn)氣歧管支架的分析，主要階次線并無(wú)明顯改變，進(jìn)氣歧管支架非2、4、6、8階的影響因素。

3.3.4 原狀態(tài)與機(jī)油尺導(dǎo)管補(bǔ)強(qiáng)對(duì)比

從發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒分析，噪聲源只要由進(jìn)氣、點(diǎn)火、機(jī)械副的運(yùn)轉(zhuǎn)所導(dǎo)致，由電力測(cè)功機(jī)的工作機(jī)理，可使發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)等外圍附件影響因素排除，在之前的試驗(yàn)中，針對(duì)不同空氣濾進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)影響不大，所以在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣側(cè)只剩下機(jī)油尺導(dǎo)管這一影響因素。

通過(guò)colormap頻譜圖可以對(duì)工況轉(zhuǎn)速下的階次線及共振或敲擊現(xiàn)象進(jìn)行分析。原狀態(tài)與補(bǔ)強(qiáng)后機(jī)油尺導(dǎo)管階次分析見(jiàn)下圖14-圖17。

根據(jù)colormap圖分析，能明顯發(fā)現(xiàn)機(jī)油尺補(bǔ)強(qiáng)后。6、8階噪聲得到明顯改善。階次分析圖中也能發(fā)現(xiàn)此規(guī)律。在后續(xù)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)需對(duì)機(jī)油尺導(dǎo)管連接部位進(jìn)行應(yīng)力加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

首先對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)各部件進(jìn)行振動(dòng)與噪聲分析，得到大致振動(dòng)源。利用補(bǔ)強(qiáng)膠片針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣歧管支架及發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油尺導(dǎo)管進(jìn)行對(duì)比分析，得到6、8階的噪聲由機(jī)油尺導(dǎo)管所導(dǎo)致，后續(xù)設(shè)計(jì)工作將圍繞機(jī)油尺導(dǎo)管進(jìn)行。

通過(guò)對(duì)該發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲問(wèn)題的分析與解決，可以得出不同的發(fā)動(dòng)機(jī)部位所采用的補(bǔ)強(qiáng)膠片的類型也不同，采用補(bǔ)強(qiáng)膠片來(lái)降低發(fā)動(dòng)機(jī)部件的振動(dòng)，提供給NVH工程師一種解決噪聲與振動(dòng)源的新方法，為后續(xù)科研與排故工作提供了一種全新的解決方案。