某車型起動過程起動機(jī)退齒異響的分析

劉后發(fā) 邵 杰 孫百重 祝君志 項(xiàng)興富 邵靜萍

（寧波吉利羅佑發(fā)動機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336）

引言

消費(fèi)者滿意度是反映乘用車品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其中振動和噪聲直接影響消費(fèi)者的滿意度[1]。目前，乘用車駕駛的舒適性及NVH 性能已成為影響消費(fèi)者購車的一個(gè)重要因素。在車輛起動過程中，消費(fèi)者重點(diǎn)關(guān)注座椅振動、聲音感受等。尤其是目前發(fā)動機(jī)起停系統(tǒng)的普及，發(fā)動機(jī)起停工況變得頻繁，發(fā)動機(jī)起動過程中的噪聲、抖動問題變成影響消費(fèi)者對車輛NVH 性能評價(jià)好壞的首要問題。發(fā)動機(jī)起動過程中，起動機(jī)上的電磁線圈通電吸合，通過杠桿作用將起動機(jī)小齒輪向外推出去（或彈出）與飛輪齒圈嚙合，起動機(jī)帶動飛輪高速旋轉(zhuǎn)，ECU 控制噴油器噴油、控制點(diǎn)火線圈點(diǎn)火；發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后拖動起動機(jī)轉(zhuǎn)動，ECU 檢測到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速滿足起動機(jī)脫離轉(zhuǎn)速閾值，斷開繼電器使起動機(jī)小齒輪退回原位，起動過程完成[2]。整個(gè)起動過程中，起動機(jī)小齒輪彈出與飛輪嚙合過程、起動機(jī)帶動飛輪運(yùn)轉(zhuǎn)過程中切割磁感線以及起動機(jī)小齒輪退回原位過程都會產(chǎn)生噪聲[3]。本文對某車型起動時(shí)退齒異響問題產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析，測試起動異響噪聲的來源，通過試驗(yàn)驗(yàn)證起動機(jī)P 軸齒輪參數(shù)對起動機(jī)退齒噪聲的影響，從而提出相應(yīng)的整改措施。單體的NVH 性能測試、整車噪聲測試及主觀評價(jià)結(jié)果表明，此異響得到有效降低。

1 起動異響故障機(jī)理分析

1.1 起動機(jī)結(jié)構(gòu)

起動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 起動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 發(fā)動機(jī)起動過程

發(fā)動機(jī)起動過程主要分為5 個(gè)階段：

1）起動機(jī)帶動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動；

2）整車ECU 控制點(diǎn)火系統(tǒng)開始工作；

3）ECU 判定點(diǎn)火成功后，通過轉(zhuǎn)速傳感器確定發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速是否達(dá)到起動機(jī)退出轉(zhuǎn)速；

4）如果達(dá)到了起動機(jī)退出轉(zhuǎn)速，ECU 控制繼電器斷開起動機(jī)電磁開關(guān)電源；

5）起動機(jī)小齒輪退回原位，起動電樞停止運(yùn)轉(zhuǎn)，完成整個(gè)起動過程。

1.3 起動過程異響產(chǎn)生的機(jī)理

起動過程異響產(chǎn)生的機(jī)理如圖2 所示：

圖2 發(fā)動機(jī)起動過程異響產(chǎn)生機(jī)理

在發(fā)動機(jī)起動過程的不同階段，會產(chǎn)生不同的噪聲，其產(chǎn)生的機(jī)理也不盡相同。圖2 中，a 階段主要表現(xiàn)為撞擊異響，b 階段主要表現(xiàn)為敲齒異響，c 階段主要表現(xiàn)為退齒異響、拖尾聲及電磁噪聲。

1）起動機(jī)小齒輪通過電磁開關(guān)彈出，起動機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，齒輪撞擊飛輪齒圈，產(chǎn)生撞擊異響。如圖2中a 階段所示。

2）小齒輪與飛輪齒輪進(jìn)行嚙合，起動機(jī)帶動發(fā)動機(jī)旋轉(zhuǎn)。發(fā)動機(jī)開始點(diǎn)火時(shí)，由于每缸點(diǎn)火時(shí)間短，轉(zhuǎn)速波動較大，這時(shí)會沖擊起動機(jī)齒輪，產(chǎn)生敲擊異響。如圖2 中b 階段所示。

3）發(fā)動機(jī)平均轉(zhuǎn)速為500 r/min 左右時(shí)，起動機(jī)斷電，開始退出。退出時(shí)，由于P 軸齒輪的螺旋角較大，使小齒輪能快速回位，小齒輪撞擊起動機(jī)本體產(chǎn)生退齒異響。如圖2 中c 階段所示。

本文主要討論退齒異響：發(fā)動機(jī)ECU 監(jiān)控發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)轉(zhuǎn)速閾值，ECU 斷開繼電器，起動小齒輪退回，退回后起動機(jī)單向器齒輪與起動機(jī)本體撞擊產(chǎn)生碰撞聲。

針對退齒異響問題，主要的解決方案有：

1）減小電磁開關(guān)的回位彈簧力，降低單向器與小齒輪的沖量，從而降低撞擊時(shí)的噪聲。

2）減小P 軸齒輪的螺旋角，降低小齒輪的回位速度分量，降低單向器與小齒輪的沖量，從而降低撞擊時(shí)的噪聲。

2 起動異響故障案例解析

某新車型在試乘試駕時(shí)，反饋車輛在起動過程中聲音品質(zhì)差，存在明顯的敲齒及退齒異響，主觀評價(jià)為5 分，易引起客戶抱怨，不可接受。針對此問題，為了便于更好地分析，進(jìn)行起動過程音頻數(shù)據(jù)采集，將起動異響轉(zhuǎn)化為工程化的振動和噪聲頻譜圖如圖3 所示。

圖3 起動機(jī)近場噪聲頻譜

從圖3 所示的噪聲頻譜圖中可以明顯觀察到，起動機(jī)在常溫起動過程中，退齒時(shí)，起動機(jī)近場噪聲約為95 dB（A），主觀評價(jià)不可接受。

3 起動異響故障排查

對起動機(jī)硬件結(jié)構(gòu)及齒形參數(shù)進(jìn)行校核，結(jié)合起動機(jī)異響故障機(jī)理，對NVH 性能測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，初步懷疑起動異響與起動機(jī)P 軸齒輪的螺旋角、側(cè)隙有關(guān)。

表1 為異響起動機(jī)與競品起動機(jī)的P 軸齒輪參數(shù)對比。

表1 P 軸齒輪參數(shù)對比

表1 中，異響起動機(jī)的P 軸齒輪齒數(shù)比競品起動機(jī)少1 個(gè)，但齒數(shù)主要與強(qiáng)度相關(guān)，不是起動異響問題的主因。異響起動機(jī)的P 軸齒輪螺旋角、側(cè)隙均比競品起動機(jī)大，在不連續(xù)的齒輪傳動過程中，大的螺旋角導(dǎo)致退齒時(shí)單向器旋轉(zhuǎn)速度分量更大，傳遞的敲擊能量更大；大的側(cè)隙會傳遞更大的敲擊能量。

4 設(shè)計(jì)優(yōu)化及效果驗(yàn)證

4.1 設(shè)計(jì)優(yōu)化方案

對影響退齒異響的P 軸齒輪螺旋角及側(cè)隙進(jìn)行優(yōu)化，并將齒數(shù)改為10。優(yōu)化后的P 軸齒輪參數(shù)與原始參數(shù)對比見表2。

表2 P 軸齒輪原始參數(shù)與優(yōu)化后參數(shù)對比

4.2 效果驗(yàn)證

為驗(yàn)證P 軸齒輪參數(shù)優(yōu)化對降低起動機(jī)異響的效果，本文將優(yōu)化前后的樣件在同一輛試驗(yàn)車上進(jìn)行實(shí)車起動過程N(yùn)VH 性能測試，主要是對起動過程中的起動機(jī)近場及駕駛室的NVH 性能進(jìn)行測試。優(yōu)化前的NVH 性能測試結(jié)果如圖3b 所示，優(yōu)化后的NVH 性能測試結(jié)果如圖4 所示。

圖4 優(yōu)化后的NVH 性能測試結(jié)果（5 500～7 500 Hz）

對比圖3b 和圖4 可以看出，優(yōu)化后，起動機(jī)退齒噪聲由95 dB（A）降低至92 dB（A）。

通過對駕駛室內(nèi)主觀評價(jià)，主觀評價(jià)評分從原來的5 分增加至7 分，可接受。

對比測試結(jié)果及主觀評價(jià)可知，優(yōu)化后的方案對降低起動異響效果明顯，車輛起動過程中的振動和噪聲明顯減小，NVH 性能顯著提高。

5 結(jié)論

本文通過對起動異響機(jī)理進(jìn)行分析，得出起動機(jī)P 軸齒輪的螺旋角與側(cè)隙對起動機(jī)退齒異響產(chǎn)生影響。通過減小起動機(jī)P 軸齒輪螺旋角、側(cè)隙，有效降低了某車型起動過程中的退齒異響，為新車型起動機(jī)開發(fā)提供了一定的參考。