某發動機前端輪系優化設計

羅亞偉，張建操，劉彤，董先瑜，孟憲昌

（安徽江淮汽車集團股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

某發動機前端輪系優化設計

羅亞偉，張建操，劉彤，董先瑜，孟憲昌

（安徽江淮汽車集團股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

文章介紹了某發動機前端輪系異響問題及原因，在此基礎上，對前端輪系進行針對性的優化設計，并通過輪系仿真計算和前端輪系測試確定輪系是否滿足設計要求。試驗結果表明，優化設計不僅能有效解決前端輪系異響問題，同時還提高了前端輪系的可靠性及NVH性能。

前端輪系；優化設計；試驗；NVH

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-78-03

前言

隨著乘用車的日益普及，乘客對整車質量和NVH品質要求不斷提高。發動機前端輪系性能的優劣，將直接影響發動機附件的性能及其工作可靠性，進而影響到整機、整車的技術指標，因此其設計和開發也越來越引起人們的重視。

本文中討論某發動機前端輪系故障，并在原發動機結構基礎上進行前端輪系優化設計，然后應用Simdrive 3D軟件對前端輪系進行動態仿真計算，確保前端輪系符合設計要求，最后在整車上進行前端輪系試驗及臺架NVH試驗，驗證前端輪系優化設計是否滿足要求、能否有效解決前端輪系故障。

1 前端輪系的故障描述

據市場反饋，該發動機前端輪系主要故障為打滑異響和共振異響。此輪系需手動張緊皮帶，如圖1為該發動機前端輪系布置圖，在實際使用過程中，皮帶張力會持續下降，需要定期手動張緊皮帶，否則皮帶張力降到一定程度后，曲軸皮帶輪上就會產生打滑現象。

圖1 原前端輪系布置圖

同時，由于生產節拍及整車空間的限制，生產線皮帶張力控制困難。由此導致市場不斷反饋由于皮帶張力衰減導致的打滑異響問題。

同時，部分車型在發動機某些轉速段內，由于受各種激勵的影響存在輪系共振現象，尤其是裝配雙質量飛輪的CVT車型在急加速、上坡行駛工況，發動機轉速在1500～2000 rpm區間，存在類似“噠啦、噠啦”的異響。

基于此，需要對該發動機前端輪系進行優化，消除異響等問題，提高前端輪系的可靠性及NVH性能。

2 輪系優化設計

原輪系需要手動張緊皮帶，皮帶張力控制困難。同時，隨著發動機運轉，皮帶張力會不斷衰減，曲軸皮帶輪上依然會產生打滑現象。為提高輪系可靠性，考慮使用“彈性皮帶+發電機調諧元件”和增加機械式自動張緊器兩個方案。經確認，發動機已無合適空間布置機械式自動張緊器，輪系優化方案確定為使用彈性皮帶方案。

優化設計是在發動機原結構不變的前提下進行，前端輪系各皮帶輪坐標不變，具體前端輪系信息如表1所示，由一根“5PK 1239”彈性皮帶依次驅動空調壓縮機、發電機及水泵，如圖2為優化后前端輪系布置圖。同時，發電機使用調諧元件以滿足輪系穩定性要求。

表1 優化后前端輪系信息

圖2 優化后前端輪系布置圖

輪系靜態布置確定后，利用Simdrive 3D軟件搭建模型進行輪系動態仿真分析計算，如圖3為輪系仿真計算模型。前端輪系動態仿真計算結果顯示彈性皮帶打滑、抖動均滿足設計要求，如圖4為各帶輪上皮帶打滑情況，平均打滑均＜2%，如圖5為水泵軸承載荷線，水泵軸承壽命滿足設計指標。

圖3 優化后輪系仿真分析模型

圖4 各帶輪上皮帶打滑

圖5 水泵軸承載荷線

3 輪系試驗驗證

確定前端輪系布置，完成輪系動態仿真計算后，制作快件，在整車上進行前端輪系測試，驗證優化方案能否滿足要求，如圖6為整車上試驗傳感器布置。

圖6 前端輪系測試傳感器布置圖

傳感器布置完成后，通過打開整車上所有用電設備來實現附件加載，拉上手剎制動實現增加發動機負載，以改變試驗條件，分別測試整車怠速、升速工況下，發動機曲軸皮帶輪上的轉速波動、空調壓縮機及發電機帶輪上的皮帶打滑，AC-ALT之間的皮帶股跳動。

整車前端輪系測試顯示，皮帶在空壓機、發電機皮帶輪上打滑在可接受范圍內，如圖7、圖8分別為升速模式_發動機加載的同時拉手剎來增加負載，附件加載情況下空壓機和發電機皮帶輪上打滑，AC-ALT皮帶股抖動在可接受范圍內，如表2為具體抖動數據，測試結果滿足要求。

圖7 空壓機帶輪上皮帶打滑

圖8 發電機帶輪上皮帶打滑

表2 AC-ALT之間皮帶股的抖動

4 前端輪系NVH測試

確認優化方案可靠性后，搭建NVH試驗臺架，如圖9 為NVH試驗臺架，進行NVH測試以確定優化方案的效果。NVH測試結果表明，優化方案效果顯著，如圖10為前端輪系優化前后噪聲彩圖，其能徹底消除1261rpm和1576rpm時皮帶拍擊聲及1723Hz共振帶消失。

圖9 前端輪系NVH測試

另外，優化方案低轉速時降噪效果較為明顯，如圖11為前端輪系優化前后噪聲對比，優化方案最大有2dB（A）的降噪量。但是隨著轉速的增加，優化方案NVH性能有所減弱，這是因為在高速時，前端噪音貢獻小。20%負荷加速時，優化方案發動機前方噪聲明顯下降，低轉速時最大降噪量達到4dB。

圖10 前端輪系優化前后噪聲彩圖

圖11 前端輪系優化前后噪聲對比

5 結論

為降低前端輪系異響等故障率，提高輪系可靠性，本文在發動機原輪系結構基礎上進行優化設計，完成“彈性皮帶+調諧元件”的布置方案，然后利用Simdrive 3D軟件進行輪系動態仿真計算，并進行前端輪系試驗以驗證系統的可靠性。最后，通過NVH測試確認優化方案能夠解決原輪系打滑異響及共振異響問題，同時優化方案低轉速時降噪效果較為明顯，最大有2dB（A）的降噪量。

Optimization design of the front wheel of an engine

Luo Yawei, Zhang Jiancao, Liu Tong, Dong Xianyu, Meng Xianchang
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

The article introduces a engine front gear train problem and the reason, on this basis, the corresponding optimization design for the front gear train and through the simulation calculation of gear train and the front gear train test to determine whether gear train meet the design requirements. The test results show that the optimal design can not only solve the problem of the front wheel system, but also improve the reliability of the front wheel system and the performance of NVH.

Auxiliary System; Optimization design; The test; Harshness (NVH)

U462.1

A

1671-7988 (2017)15-78-03

羅亞偉，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.028