某汽油發(fā)動機正時系統(tǒng)異響解決方法

袁飛，王金立，范習民，李凱，王國剛

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某汽油發(fā)動機正時系統(tǒng)異響解決方法

袁飛，王金立，范習民，李凱，王國剛

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章針對某汽油發(fā)動機異響進行研究，首先通過對噪聲頻譜分析，確定異響源為發(fā)動機18階噪聲發(fā)出，然后從異響的階次特點出發(fā)，逐一進行排查，最終確定為正時系統(tǒng)發(fā)出。最后分別從傳遞路徑和噪聲源控制兩方面對異響進行消除，最終徹底解決異響。其解決前端正時鏈傳動異響的方法，可為后續(xù)解決同類問題和正時系統(tǒng)的設計提供參考思路。

異響；18階噪聲；正時系統(tǒng)；傳遞路徑；噪聲源

CLC NO.: U471 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-164-03

引言

發(fā)動機正時系統(tǒng)是保證發(fā)動機每一缸能夠按照工作循環(huán)和發(fā)火次序準確及時地開啟和關閉進、排氣門的重要保障。目前正時傳動系統(tǒng)普遍采用的是齒輪傳動、鏈傳動、帶傳動[1]。其中正時鏈條相對正時皮帶具有結(jié)構(gòu)緊湊，傳遞功率高，可靠性與耐磨性好，終身免維護等顯著優(yōu)點，得到廣泛的應用[2]。

1 問題的提出

某汽油發(fā)動機搭載整車時，整車2檔、3檔緩油門加速或定置加速（發(fā)動機轉(zhuǎn)速 1500rpm-3000rpm）過程中，車內(nèi)均能明顯聽到嘯叫聲，定置加速過程發(fā)動機與變速未發(fā)生動力傳輸過程，基本鎖定該嘯叫為發(fā)動機本體產(chǎn)生的。通過對異響的濾波回放及車內(nèi)駕駛員右耳噪聲頻譜的分析可以得到，在1500rpm-3000rpm轉(zhuǎn)速段引起嘯叫的主要原因為該轉(zhuǎn)速段18階次能量較為突出。

發(fā)動機振動和噪聲源自于氣缸內(nèi)周期性燃燒的爆發(fā)壓力和曲軸飛輪等組件的慣性力，燃燒產(chǎn)生力通過活塞作用于曲軸上，而活塞對曲軸的力可以分解成一些列正弦函數(shù)的疊加，所以爆炸壓力和慣性力帶有明顯的“階次”特點，這樣力作用到曲軸上，曲軸再帶動其他附件運動，因此由曲軸驅(qū)動的相關附件的振動和噪聲也帶有明顯的“階次”特點[3]。階次的計算公式為：

式中，O為階次數(shù)，Z為齒輪齒數(shù)、n為發(fā)動機轉(zhuǎn)速，對于直接利用曲軸驅(qū)動齒輪驅(qū)動相關附件的，齒輪的齒數(shù)即為階次數(shù)。

圖1 駕駛員右耳噪聲頻譜

通過對附件系統(tǒng)的排查，正時驅(qū)動齒的齒數(shù)恰好為 18個，表現(xiàn)出的階次特點與異響表現(xiàn)形式相同，可推斷引起該異響的源頭為發(fā)動機正時驅(qū)動齒與正時鏈條嚙合沖擊和鏈條多邊行效應引起的[3]。

2 解決措施

2.1 傳遞路徑

首先從傳遞路徑方向提供解決方案，如果噪聲通過空氣直接傳播到車內(nèi)，可考慮在噪聲傳播過程中使用隔聲材料降低噪聲傳入駕駛室內(nèi)。

圖2 正時蓋板前方增加隔音墊前后總噪聲變化

圖3 正時蓋板前方增加隔音墊前后18階次噪聲變化

從試驗數(shù)據(jù)可以看出，正時蓋板輻上增加平靜隔音墊前后發(fā)動機18階次噪聲無明顯改善。故從空氣傳播路徑上未能從根本上解決車內(nèi)18階次異響問題。

圖4 發(fā)動機前懸優(yōu)化后振動加速度

發(fā)動機正時18階次噪聲除了可以通過空氣傳播到車內(nèi)，還可以通過懸置系統(tǒng)傳遞到車內(nèi)。優(yōu)化整車懸置后發(fā)動機的18階振動能量有明顯的改善，但車內(nèi)18階嘯叫聲依然明顯。故從優(yōu)化懸置匹配路徑上也未能從根本上解決車內(nèi)18階次異響問題。

2.2 源解決方法

圖5 典型的鏈傳動正時系統(tǒng)示意圖

振動是噪聲的來源，鏈傳動產(chǎn)生振動主要表現(xiàn)為以下三種形式：鏈節(jié)的橫向振動與縱向振動、鏈輪的軸向與徑向振動、滾子的徑向變形振動。而鏈傳動噪聲主要來源于鏈傳動中多邊形效應引起的噪聲和嚙合沖擊引起滾子振動或鏈輪振動形成的噪聲，其中多邊形效應是鏈傳動嘯叫噪聲的主要激勵源。所謂鏈傳動的多邊形效應，就是將其看成是鏈條與一正多邊形鏈輪組成的一種多邊形傳動，正多邊形的邊長等于鏈條的節(jié)距，邊數(shù)等于鏈輪的齒數(shù)，鏈輪每轉(zhuǎn)過一個齒，鏈速就從大到小，再從小到大變化一次，同時伴隨著鏈條橫向振動、速度的波動。

圖6 新型齒形靜音鏈條結(jié)構(gòu)

鑒于本例中發(fā)動機異響源源自滾子鏈在傳動過程中多邊形效應，要從源頭消除異響，可以通過優(yōu)于傳統(tǒng)鏈結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，上圖為一種新型齒形靜音鏈結(jié)構(gòu)示意圖，優(yōu)于該鏈在傳動過程中可以變節(jié)距，故有能夠有效的降低或消除鏈傳動中的多邊形效應，因而使鏈的傳動性能得到明顯的改善[4]。

采用靜音鏈后發(fā)動機前方噪聲頻譜中，18階次能量完全消失，駕駛艙內(nèi)異響消失，試驗證明，采用靜音鏈代替?zhèn)鹘y(tǒng)滾子鏈能夠從根本上解決正時嘯叫異響。

圖7 采用靜音鏈前后發(fā)動機前方噪聲頻譜

3 結(jié)論

鏈傳動具有可靠、耐磨、免維護等優(yōu)點，決定了鏈傳動的傳動形式將被越來越廣泛的應用到各個領域，其傳動過程中產(chǎn)生的噪聲問題也必將受到人們關注，如何保留鏈傳動的有點的情況下，最大限度降低鏈傳動過程中產(chǎn)生的噪聲問題，將是一個技術難點，而靜音鏈將有效地解決傳統(tǒng)鏈傳動的噪聲問題重要手段。

通過具體案例的解決方法，可以為后續(xù)發(fā)動機正時系統(tǒng)等設計提供借鑒。如，在設計正時鏈時，主動鏈輪齒數(shù)盡量大于21齒，且取奇數(shù)齒[5]，這樣一方面可以降低齒嚙合階次能量和發(fā)動機發(fā)火階次能量耦合，另一方面降低正時鏈的多邊形效應，減少產(chǎn)生正時嘯叫可能性。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].機械工業(yè)出版社,第三版.

[2] 李靜波,王宏偉.基于傳遞路徑分析的正時鏈條階次噪聲優(yōu)化[J].內(nèi)燃機,2013.8.

[3] 龐劍,何華.汽車噪聲與振動—理論與應用 [M].第一版，北京：北京理工大學出版社,2006.178-180.

[4] 楊國先.齒形無聲鏈條滾削的加工方法[J].現(xiàn)代制造工程,2011.8.

[5] 孟繁忠,李寶林.汽車發(fā)動機正時鏈系統(tǒng)設計方法[J].哈爾濱工業(yè)大學學報,2009.5.

A Method For Solving Abnormal Noise Of Gasoline Engine Timing Driving System

Yuan Fei, Wang Jinli, Fan Ximin, Li Kai, Wang Guogang
( Anhui Jianghuai Automobile group Co., Ltd, Anhui Hefei 230601 )

In this paper, a gasoline engine abnormal noise was researched. First, through the analysis of the noise spectrum,it is determined that the abnormal noise is the 18 order noise, and then starting from the characteristics of abnormal noise,and ultimately determine the timing driving system caused the issue according one by one investigation. At the end of the paper, the abnormal noise is eliminated from two aspects： the transmission path and the noise source, finally solved the abnormal noise. It can solve the problem of timing driving system abnormal noise, which can be used a reference for the following problems.

abnormal noise; 18 order noise; timing driving system; transmission path; noise source

U471 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7988 (2017)20-164-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.057

袁飛，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。