提高發動機NVH測試有效性的探索

張欣亮 崔曉敏

摘要：汽車的不斷振動會造成車身及懸掛系統的疲勞破壞，也會對人的健康造成威脅，因此減振降噪、提高車輛的NVH性能應當成為車輛開發中加強關注與研究的部分。特別是近段時期，隨著我國汽車工業的不斷進步，舒適性逐漸成為現代汽車的一個重要衡量指標。隨著互聯網和信息時代的來臨，各個公司的上下游供應商和主機廠之間的合作不斷深化發展，交流日益加深，大多數的汽車企業之間的安全性和操作性水平差距在不斷縮小，相對而言，汽車使用中的舒適性能即振動和噪聲的水平往往成為區分汽車水平的關鍵指標。本文筆者結合自身的實踐工作經驗及前人的研究成果簡要分析了提高發動機NVH測試有效性的內容。

關鍵詞：發動機；NVH測試；有效性

1引言

經濟水平的快速發展使人們對汽車的性能要求也越來越高，人們從最初的追求單純性價比到現在高度重視汽車的NVH（Noise噪聲、Vibration振動、Harshness聲振粗糙度）水平。所以，在汽車NVH綜合測試評價過程中，尋找一種能夠方便快捷的進行汽車NVH測試評價的方法，準確的進行汽車NVH數據測量，快速的對測量數據實施評價已經勢在必行。

2發動機噪聲產生機理

2.1燃燒噪聲產生機理

汽油發動機在正常工作時，燃燒柔和，噪聲比較小，但是當發生爆燃和表面點火不正常燃燒時，會產生較大的噪聲。當氣缸內的混合氣壓力和溫度過高時，火花塞還沒有點燃混合氣，混合氣就會自行燃燒，使得燃燒火焰以高于正常的燃燒速度向外傳播，產生尖銳的敲缸聲，這就是爆燃現象。產生爆燃的原因主要有以下幾種：（1）積碳過多。發動機燃燒室內的積碳過多會造成缸內容積減小，使氣缸壓縮比增大，容易使混合氣提前燃燒；（2）發動機過熱。當發動機長期處于超負荷、大功率條件下運轉時，容易造成發動機過熱，過熱的發動機會提前預熱混合氣，造成局部混合氣溫度過高，提前到達著火點，自行燃燒，從而引發爆燃；（3）燃油質量不高。如果發動機使用了存放很久的汽油或長時間無密封的汽油，汽油的辛烷值會降低，容易燃燒不完全，使得先點燃的混合氣膨脹壓縮未點燃的混合氣，使其自燃，產生爆燃。

2.2機械噪聲產生機理

發動機的氣體壓力和曲柄連桿的往復性慣性力會使運動部件產生沖擊和振動而發出噪聲，這個噪聲就稱為機械噪聲。其中，機械噪聲包括活塞敲擊噪聲、齒輪傳動噪聲、正時皮帶噪聲、配氣機構噪聲、高壓油泵噪聲等。當發動機轉速較低時，機械噪聲被其他噪聲所掩蓋，不是主要的噪聲貢獻源，但是當發動機高速轉動時，機械噪聲是主要的噪聲源。文章簡要分析其中的兩種：活塞敲擊噪聲，由于活塞與缸套之間不可避免的存在間隙，當活塞運動到上、下止點時，連桿與活塞的相對位置發生變化，周期性側向力施加于活塞，使活塞與氣缸內壁發生敲擊，從而產生敲擊噪聲。齒輪傳動噪聲，發動機的正時齒輪不可避免地存在齒間敲擊和齒間摩擦，從而使齒輪產生齒間的嚙合振動和噪聲。并且由于齒輪在加工制造誤差或安裝誤差的影響，相互嚙合齒輪間形成較大的齒側間隙，造成非線性的振動和沖擊噪聲。齒輪在交變載荷的作用下，會對軸造成交變的沖擊，最終將交變的負荷施加在軸承上，從而引起發動機殼體的交變振動，產生噪聲，輻射到機體外。

3發動機NVH試驗概述

為了建立發動機NVH評價方法，需要對發動機的振動和噪聲來進行評價。因此，首先需要對發動機的振動和噪聲進行正確測試，獲取到能真實反映發動機聲振情況的數據，才能對發動機的NVH性能進行準確評價。通常發動機的試驗包括一米聲壓級/聲功率級測試、聲品質測試、燃燒噪聲測試、近場噪聲測試、發動機整機振動測試、發動機零部件振動測試。課題所建立的發動機NVH性能評價方法是為了反映發動機的整體NVH性能水平，因此需要針對發動機的整機噪聲和整機振動來劃分評價指標，涉及的試驗為發動機一米聲壓級/聲功率級測試和發動機整機振動測試。并且為了排除整車上其他部件對發動機噪聲和振動測試的影響，反映出真實的發動機噪聲和振動水平，特此在標準的發動機半消聲室臺架上進行發動機的各項試驗。

4發動機NVH測試的影響因素及提升有效性的策略

4.1生產機型差異對振動測試的影響

不同機型的NVH情況會因為技術參數、正時信號、裝配零部件差異存在不同。測試時，外載NVH測試系統數據庫中的機型調用完全依賴冷試測試系統端發送的機型識別碼。在設備運行前期會出現機型識別不全，或者分類不當導致的測試故障率高的情況。例如同一排量的機型，但是安裝不同種類的凸輪軸，則振動值也會存在差異，所以需要進行合理的機型區分。如下圖1所示，藍色為A機型、綠色為B機型，A、B為同排量同系統的發動機，紫色曲線為限值曲線，可知，在某工況下，測試的結果存在角度差異，測試存在測試某種機型時故障率驟升的現象，通常存在A好、B不好，或者B號，A不好的矛盾現象，通過對比發現，兩種機型唯一區別就是安裝了不同的排氣凸輪軸，區分因素包括但不限于凸輪軸種類、機型種類、正時角度等。

4.2冷試排氣測試對NVH測試的影響

根據一般冷試測試排氣壓力原理，在測試過程中，會關閉排氣通道，通過壓力傳感器檢測。此過程中排氣通道會接受活塞上行壓縮氣流的不穩定的沖擊力，此沖擊力產生的振動會影響到NVH評估。所以，將排氣和其他測試步驟設置在同一測試工況中會影響到NVH測試在該步驟的穩定性，所以在設置NVH測試工況時應考慮到排氣的影響。上圖2中顯示的是某測試工況時長跨越了進氣、排氣2個步驟，因排氣振動的影響，導致了測試故障率過高，表現為NVH測試此工況的故障率明顯高于其他工況。進行測試時長縮短，避免排氣測試的振動影響，得到合理的測試時長。

4.3NVH測試不能完全依賴系統限值評估

在實際應用中，我們通過故障模擬機測試發現，系統生成的限值對此故障的檢出并不理想，這與限值生成的方式有關，例如系數的不同，會導致限值與實際測試值的距離不一致，會存在過高或者過低的問題。而經過分析測試數據發現，此類故障與實際測試值存在差異，所以可以增加一條人工調整的限值補充評估標準。紅色曲線為單一評估參數，利用此參數可區別出故障機與正常機。此參數在一個工作周期720°內隨角度變化的值，需要在后期利用故障模擬、數據統計等方式進行修正。

5結束語

當下，汽車已經成為陸地交通上最主要的、最普遍的交通工具，隨著生活質量的提高，人們對于汽車的需求已經不僅僅滿足于代步出行，對汽車的各方面性能都提出了更高的要求。車輛的振動噪聲主要來自于發動機、路面及空氣的流動，對于發動機怠速及車輛中低速情況下行駛的車輛，振動及結構噪聲的主要貢獻源均為發動機，所以在常用工況下由發動的振動激勵引起的振動噪聲尤其需要重視，文章正是以此為基礎進行了簡要的分析。

參考文獻

[1]鄭權，李寶星，翁春生，白橋棟.雙波對撞模態下的液態燃料旋轉爆轟發動機推力測試研究[J].兵工學報，2017，3804：679-689.

（作者單位：長城汽車股份有限公司；

河北省汽車工程技術研究中心）