發動機前端輪系異響問題的分析與整改

□ 胡 廣 □ 竇世萌 □ 陳麗霞 □ 白 奎 □ 張彩霞

寧波吉利羅佑發動機零部件有限公司 浙江寧波 315336

當前,客戶對汽車各方面的要求越來越嚴苛,尤其是整車的噪聲、振動、聲振粗糙度(NVH)性能。發動機噪聲方面的要求是客戶要求的重點。發動機在使用過程中產生的非正常響聲稱為異響,異響給駕駛者及乘客帶來不佳的感受,需要進行分析解決。

1 異響問題描述

某型號汽車進行發動機動力總成耐久試驗,進行到7 000 km時,發現在熱機怠速情況下,有連續的“咕嚕”異響,發動機熄火后異響消失。

2 異響分析

2.1 異響部位排查

(1)原狀態探測。通過聽覺辨識異響傳出部位為機艙內部。打開機艙后,通過噪聲檢測設備確認異響源為發動機前端。噪聲檢測結果如圖1所示。

(2)拆除皮帶探測。將發動機前端輪系皮帶拆除后,對發動機進行噪聲、振動、聲振粗糙度檢測,皮帶拆除前后檢測結果如圖2所示。

通過噪聲圖譜對比,發現拆除皮帶后,高能量區域變小,聽覺辨別異響消失。

(3)復裝皮帶探測。對發動機前端輪系皮帶進行復裝,再對發動機進行噪聲、振動、聲振粗糙度檢測,檢測結果如圖3所示。

通過噪聲圖譜對比,發現皮帶復裝后,異響重現,能量趨勢增強。

(4)頻譜對比。發動機前端輪系皮帶拆除和復裝前后對發動機進行評價,噪聲頻譜對比如圖4所示。

通過噪聲頻譜對比,皮帶拆除前發動機的噪聲為60.4 dB,皮帶拆除后發動機的噪聲降低為51.1 dB,皮帶復裝后發動機的噪聲提高為60.9 dB。

(5)小結。通過對發動機異響部位進行探測,發現異響由發動機前端輪系產生,如圖5所示。下一步需要對發動機前端輪系異響源進行排查。

▲圖2 皮帶拆除前后NVH檢測結果

▲圖3 皮帶復裝后NVH檢測結果

▲圖4 發動機噪聲頻譜對比

2.2 異響源排查

(1)裝配。發動機前端輪系皮帶輪、空調壓縮機、發電機、張緊器、支架裝配正常,無裝偏等問題,安裝面貼合良好。

(2)力矩。對發動機前端輪系皮帶輪、空調壓縮機、發電機、張緊器、支架的裝配螺栓擰緊力矩進行復核,滿足裝配要求,無低力矩等松脫問題。

▲圖5 發動機前端輪系

(3)輪系共面。通過紅外線目視觀察,發動機前端輪系皮帶輪、空調壓縮機、發電機輪槽無錯槽問題。通過專用工裝檢測,共面度滿足要求,未超差。

(4)尺寸校核。發動機前端輪系共面性等參數無設計問題。

(5)皮帶外觀確認。皮帶背部及楔面表面完好,無掉皮磨損。皮帶楔部寬窄正常,無燒傷等異常。皮帶外觀如圖6所示。

▲圖6 皮帶外觀

(6)皮帶楔部齒形輪廓檢測。皮帶齒形輪廓如圖7所示,不同批次齒高對比見表1,檢測結果正常。

表1 皮帶齒形齒高對比 mm

▲圖7 皮帶齒形輪廓

(7)皮帶尺寸檢測。對皮帶尺寸進行檢測,皮帶長度、寬度、厚度、楔高、楔角等參數正常。

(8)發動機前端輪系曲軸皮帶輪、空調壓縮機、發電機皮帶輪的槽寬、槽深、同軸度、跳動等參數均合格,無異常。

(9)張緊器狀態檢查。張緊器轉動順暢,無卡滯問題,軸承無異響問題。

(10)張緊器帶輪表面檢查。張緊器帶輪表面不平整,存在異常,如圖8所示。

▲圖8 張緊器帶輪表面不平整

(11)張緊器帶輪尺寸檢測。張緊器帶輪直徑、跳動、圓柱度、螺栓孔位置度檢測均合格,滿足要求。

(12)故障復現驗證。更換表面平整的張緊器帶輪進行臺架驗證,經過識別和設備探測,異響消失。再更換為原張緊器,異響再次出現。

通過以上分析,排除發動機前端輪系皮帶輪、空調壓縮機、發電機存在問題,鎖定故障零部件為張緊器帶輪。異響源分析如圖9所示。

▲圖9 異響源分析

張緊器帶輪采用注塑工藝生產,注塑件冷卻時由于塑料收縮不均勻,導致張緊器帶輪表面不平整。在發動機前端輪系運行過程中,皮帶與表面不平整的張緊器帶輪接觸,會產生不均勻沖擊,從而產生異響。

3 整改對策

對張緊器帶輪外圓增加公差精度要求,張緊器帶輪外圓的圓度公差控制為不大于0.05 mm。

按整改對策選擇五個不同圓度的張緊器帶輪和兩個極限樣件,實測圓度數據見表2。

表2 張緊器帶輪實測圓度數據 mm

將整改后的五個張緊器帶輪裝機后進行實際測試,整改后噪聲頻譜顯示噪聲為51～53 dB,整改有效。對兩個張緊器帶輪極限樣件進行實際測試,噪聲頻譜顯示噪聲為50～53 dB,整改同樣有效。

4 結束語

對發動機前端輪系異響問題進行排查,需要使用專業設備對異響位置進行分析,鎖定異響源。通過對異響源進行差異對比驗證,發現張緊器帶輪外圓圓度超差是導致異響的主要因素。圓度超差越大,異響越嚴重。控制圓度公差精度在一定范圍內,可消除異響問題。后續設計通過對張緊器帶輪圓度進行控制,消除了發動機前端輪系異響問題。