袁飛，王金立，范習(xí)民，李凱，王國剛

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某汽油發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)異響解決方法

袁飛，王金立，范習(xí)民，李凱，王國剛

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章針對(duì)某汽油發(fā)動(dòng)機(jī)異響進(jìn)行研究，首先通過對(duì)噪聲頻譜分析，確定異響源為發(fā)動(dòng)機(jī)18階噪聲發(fā)出，然后從異響的階次特點(diǎn)出發(fā)，逐一進(jìn)行排查，最終確定為正時(shí)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(duì)異響進(jìn)行消除，最終徹底解決異響。其解決前端正時(shí)鏈傳動(dòng)異響的方法，可為后續(xù)解決同類問題和正時(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考思路。

異響；18階噪聲；正時(shí)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(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)是保證發(fā)動(dòng)機(jī)每一缸能夠按照工作循環(huán)和發(fā)火次序準(zhǔn)確及時(shí)地開啟和關(guān)閉進(jìn)、排氣門的重要保障。目前正時(shí)傳動(dòng)系統(tǒng)普遍采用的是齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)[1]。其中正時(shí)鏈條相對(duì)正時(shí)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(hù)等顯著優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用[2]。

1 問題的提出

某汽油發(fā)動(dòng)機(jī)搭載整車時(shí)，整車2檔、3檔緩油門加速或定置加速（發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)與變速未發(fā)生動(dòng)力傳輸過程，基本鎖定該嘯叫為發(fā)動(dòng)機(jī)本體產(chǎn)生的。通過對(duì)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?yàn)樵撧D(zhuǎn)速段18階次能量較為突出。

發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)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(duì)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(diǎn)，這樣力作用到曲軸上，曲軸再帶動(dòng)其他附件運(yùn)動(dòng)，因此由曲軸驅(qū)動(dòng)的相關(guān)附件的振動(dòng)和噪聲也帶有明顯的“階次”特點(diǎn)[3]。階次的計(jì)算公式為：

式中，O為階次數(shù)，Z為齒輪齒數(shù)、n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，對(duì)于直接利用曲軸驅(qū)動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)相關(guān)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(duì)附件系統(tǒng)的排查，正時(shí)驅(qū)動(dòng)齒的齒數(shù)恰好為 18個(gè)，表現(xiàn)出的階次特點(diǎn)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(dòng)機(jī)正時(shí)驅(qū)動(dòng)齒與正時(shí)鏈條嚙合沖擊和鏈條多邊行效應(yīng)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(shí)蓋板前方增加隔音墊前后總噪聲變化

圖3 正時(shí)蓋板前方增加隔音墊前后18階次噪聲變化

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，正時(shí)蓋板輻上增加平靜隔音墊前后發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)前懸優(yōu)化后振動(dòng)加速度

發(fā)動(dòng)機(jī)正時(shí)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(dòng)機(jī)的18階振動(dòng)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(dòng)正時(shí)系統(tǒng)示意圖

振動(dòng)是噪聲的來源，鏈傳動(dòng)產(chǎn)生振動(dòng)主要表現(xiàn)為以下三種形式：鏈節(jié)的橫向振動(dòng)與縱向振動(dòng)、鏈輪的軸向與徑向振動(dòng)、滾子的徑向變形振動(dòng)。而鏈傳動(dòng)噪聲主要來源于鏈傳動(dòng)中多邊形效應(yīng)引起的噪聲和嚙合沖擊引起滾子振動(dòng)或鏈輪振動(dòng)形成的噪聲，其中多邊形效應(yīng)是鏈傳動(dòng)嘯叫噪聲的主要激勵(lì)源。所謂鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)，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(dòng)，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(gè)齒，鏈速就從大到小，再從小到大變化一次，同時(shí)伴隨著鏈條橫向振動(dòng)、速度的波動(dòng)。

圖6 新型齒形靜音鏈條結(jié)構(gòu)

鑒于本例中發(fā)動(dòng)機(jī)異響源源自滾子鏈在傳動(dòng)過程中多邊形效應(yīng)，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(shí)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(dòng)過程中可以變節(jié)距，故有能夠有效的降低或消除鏈傳動(dòng)中的多邊形效應(yīng)，因而使鏈的傳動(dòng)性能得到明顯的改善[4]。

采用靜音鏈后發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)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(shí)嘯叫異響。

圖7 采用靜音鏈前后發(fā)動(dòng)機(jī)前方噪聲頻譜

3 結(jié)論

鏈傳動(dòng)具有可靠、耐磨、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，決定了鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)形式將被越來越廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，其傳動(dòng)過程中產(chǎn)生的噪聲問題也必將受到人們關(guān)注，如何保留鏈傳動(dòng)的有點(diǎn)的情況下，最大限度降低鏈傳動(dòng)過程中產(chǎn)生的噪聲問題，將是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，而靜音鏈將有效地解決傳統(tǒng)鏈傳動(dòng)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(dòng)機(jī)正時(shí)系統(tǒng)等設(shè)計(jì)提供借鑒。如，在設(shè)計(jì)正時(shí)鏈時(shí)，主動(dòng)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(dòng)機(jī)發(fā)火階次能量耦合，另一方面降低正時(shí)鏈的多邊形效應(yīng)，減少產(chǎn)生正時(shí)嘯叫可能性。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].機(jī)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(shí)鏈條階次噪聲優(yōu)化[J].內(nèi)燃機(jī),2013.8.

[3] 龐劍,何華.汽車噪聲與振動(dòng)—理論與應(yīng)用 [M].第一版，北京：北京理工大學(xué)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(dòng)機(jī)正時(shí)鏈系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),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(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(tuán)股份有限公司。