某皮卡空載異響產生根源的發現與問題研究

（江西五十鈴發動機有限公司，南昌330200）

某皮卡空載異響產生根源的發現與問題研究

殷志雄

（江西五十鈴發動機有限公司，南昌330200）

通過對一輛皮卡車空載異響問題的發現、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，有4 800 Hz左右的哨音異響。整車上發動機本體也無此振動頻率。從發動機本體、增壓器、排氣系統入手，經過一系列測試，最終發現了問題產生的根源。

皮卡車異響試驗排氣系統NⅤH

1 前言

隨著汽車工業水平的不斷提高，汽車車內的噪聲問題逐漸成為汽車制造商最為關心的問題。而對噪聲的主客觀感受將會直接影響客戶對產品的選擇趨向。改善整車NⅤH性能，提高用戶滿意度，已經成為車輛振動噪聲研究領域的重要方向。

2 汽車噪聲來源

汽車是一個包括各種不同性質噪聲的綜合噪聲源。按噪聲產生的部位，主要分為與發動機有關的噪聲，與排氣系統有關的噪聲，以及與傳動系統和輪胎有關的噪聲。

1)發動機噪聲包括燃燒、機械、進氣、排氣、冷卻風扇及其他部件發出的噪聲。在發動機各類噪聲中，發動機燃燒噪聲和機械噪聲占主要成分。機械噪聲是指發動機工作時，各零件相對運動引起的撞擊，以及發動機內部周期性變化的機械作用力在零部件上產生的彈性變形所導致的表面振動而引起的噪聲，包括活塞敲擊聲、氣門機構聲和正時齒輪聲。燃燒噪聲和機械噪聲都是有發動機本體發出的，并且隨著發動機轉速的增加，噪聲也增加。

2)排氣系統噪聲發動機排出廢氣時，在排氣門附近，排氣歧管內及排氣管口氣體壓力發生劇烈變化，在空氣中和排氣管內產生壓力波，輻射出很強的噪聲。發動機排氣噪聲往往比發動機其他噪聲源的總噪聲高10～15 dB。排氣噪聲按產生的原因分為3種：（1）排氣門開啟時產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)汽車傳動系統包括離合器、變速器（分動器）、傳動軸、驅動橋等。傳動系統噪聲主要來源于變速齒輪嚙合傳動的撞擊、振動和傳動軸的旋轉振動；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、驅動橋的激振使各部分振動而產生的噪聲。輪胎噪聲是汽車的另一個重要的噪聲源。

本文以異響產生→異響排查→異響驗證為思路，采用LMS振動噪聲測試儀器，以及專業的測試分析軟件Test.lab，闡述了異響問題的解決方法，具有很好的借鑒意義。

3 車輛異響現象及其測試

某皮卡車空載加速經過3 500 r/min和空載定轉速3 500 r/min時存在尖銳的哨音，較為刺耳，客戶難以接受。圖1是發動機機艙測試中，空載加速經過3 500 r/min附近出現4 800 Hz的異常亮帶。圖2是發動機艙測試中，空載定轉速3 500 r/min附近出現4 800 Hz的異常亮帶。

4 異響排查

將發動機從整車上拆卸后，在發動機試驗臺架上進行發動機NⅤH測試，測試結果證明發動機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 空載定轉速3 500 r/min增壓器處頻譜圖

主觀排查，發現車底中部的哨音最為明顯，右前輪處次之，車前和車后最小。

經過客觀排查，并根據經驗可知，4 800 Hz高頻噪聲的來源較大可能是氣動噪聲。因此從發動機本體、增壓器、排氣系統等入手。

4.1發動機本體噪聲

無論在試驗臺架上還是在整車上，發動機本體振動頻譜圖上，均未發現有4 800 Hz亮帶，見圖3。可以初步判斷，該異響與發動機本體的振動無關。

圖3 空載加速發動機缸蓋振動

4.2增壓器噪聲

為了驗證發動機在低負荷下工作時，是否處于增壓器的喘振邊緣，進行了如下試驗：空載恒定轉速試驗（1 500 r/min、2 000 r/min、2 500 r/min、3 000r/min和3 500 r/min），測量發動機的進氣量和壓比。試驗結果證明，增壓器的全負荷及空載均在穩定工作區間，見圖4。初步判斷該異響與增壓器工作狀況無關。

4.3排氣系統噪聲

4.3.1 整車振動測試

為查明車輛異響的原因，對整車進行噪聲、振動測試。結果表明，整車從前往后，4 800 Hz振動幅值大小排列如下：

發動機缸蓋＜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整個異響貢獻最大，結合聲學分析，可以初步確定該處為異響主要產生源。排氣系統模態經過仿真和試驗驗證，均與此次異響頻率無關。

4.3.2 排氣系統模態測試

圖4 壓氣機性能圖

仿真分析和模態試驗分析得出，排氣系統的前6階固有模態都在100 Hz以內，不可能是由于激勵引起排氣管共振而導致本次異響，參見表1。圖5為排氣系統有限元網格，圖6為排氣系統的模態分析結果（以1、5階為例）。

表1 有限元分析結果

圖5 排氣系統有限元網格

4.3.3 排氣系統測試

圖7～圖16分別給出了空載加速試驗中，增壓器噪聲噪聲頻譜，右前輪側噪聲頻譜，車底中部噪聲頻譜，增壓器振動頻譜，催化器前后端的振動頻譜，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、右前輪側和車底中部噪聲頻譜圖中，均出現4 500～4 800 Hz的亮帶。

圖6 排氣系統模態分析

圖7 空載加速增壓器處噪聲頻譜

圖8 空載加速右前輪側噪聲頻譜

在圖10中的增壓器振動頻譜圖中，未發現有4 800 Hz亮帶，4 100 Hz判定為增壓器殼體模態。在圖11～圖14的催化器前、后法蘭面和排氣管前中、中后法蘭面的振動頻譜圖中，均出現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）振動頻譜圖中，均出現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 空載加速時增壓器的振動

5 異響驗證

為了證明確實為排氣系統所致，且噪聲源為排氣金屬編織軟管段，進行了拆除排氣金屬編織軟管段試驗。圖17為拆除排氣金屬編織軟管段前后試驗數據對比。

圖11 空載加速時催化器前端的Z向端振動

圖12 空載加速時催化器后法蘭面Z向振動

圖13 空載加速時排氣管前中法蘭面的Z向振動

圖14 空載加速時排氣管中后法蘭面Z向振動

排氣金屬編織軟管段本身，振動和噪聲上均沒有4 800 Hz這個異響頻率存在。進一步拆解發現，排氣系統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，導致法蘭面與管路不垂直，出現較大縫隙。排氣出口處的高速氣流沖擊狹縫，是產生此次哨音的根本原因。

圖15 空載加速消聲器后Z向振動

圖16 空載加速排氣管中后法蘭面Z向振動

圖17 催化器后法蘭面Z向振動對比

圖18 排氣金屬編織軟管段

圖19 排氣管法蘭面接口

6 結論

經過以上試驗得出：

（1）發動機本體和增壓器并非異響產生根源。

（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。發動機在勻速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。建議對排氣系統法蘭、排氣金屬編織軟管及催化器的加工與設計進行詳細排查整改，優化結構設計和生產工藝，杜絕不合格產品。

（4）排氣系統模態經過仿真和試驗驗證，均與此次異響頻率無關。

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，主要研究方向為柴油機制造。