溫龍軒 羅秋萍 郭 強 易世雄

（1-寧波吉利羅佑發(fā)動機零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利動力總成有限公司）

引言

為了節(jié)能減排滿足國六政策，可變氣門正時技術(shù)（Variable Valve Timing，VVT）成為發(fā)動機的標配。這項關(guān)鍵技術(shù)可以調(diào)節(jié)發(fā)動機進氣門和排氣門的開啟與關(guān)閉時刻，達到最優(yōu)的配氣正時相位，既可以降低油耗，節(jié)省能源，又能降低排放[1]。然而，除了節(jié)能減排外，車輛的NVH 性能已經(jīng)成為消費者購車考慮的一項重要因素。VVT 作為重要的結(jié)構(gòu)運動件，其NVH性能也逐漸被大家關(guān)注。因此，研究可變氣門正時這項關(guān)鍵技術(shù)NVH 性能的改善方法具有重要意義。

VVT 若功能失效，轉(zhuǎn)子無法根據(jù)ECU 命令調(diào)節(jié)至準確位置時，定轉(zhuǎn)子不斷撞擊會產(chǎn)生金屬拍打噪聲；同時，因凸輪軸相位異常導致的不正常燃燒也會產(chǎn)生較大異響。液壓驅(qū)動的VVT 作為變化相位的執(zhí)行器，受電控信號、油路油壓、配氣正時系統(tǒng)受力等多方面因素影響，即使VVT 功能正常，仍會產(chǎn)生不可接受的噪聲。本文主要研究內(nèi)容是液壓VVT 調(diào)節(jié)功能正常時，改善VVT 的NVH 性能的方法。目的是通過優(yōu)化VVT 結(jié)構(gòu)和油路布置提高VVT 的NVH 性能。

1 液壓VVT 工作原理

圖1 所示為液壓VVT 結(jié)構(gòu)圖。

圖1 液壓VVT 結(jié)構(gòu)

液壓VVT 的組成部分有油腔蓋板、驅(qū)動鏈輪、零位鎖止銷、定子部分、轉(zhuǎn)子部分。定子部分在中心通過螺栓與驅(qū)動鏈輪、油腔蓋板固定，轉(zhuǎn)子通過中心螺栓與凸輪軸固定。VVT 在初始位置時（即凸輪相位在零位），零位鎖銷將定子機構(gòu)和轉(zhuǎn)子部分連接在一起。當VVT 調(diào)節(jié)凸輪相位時候，EMS 控制OCV 將VVT 的A 腔充油，機油進入鎖銷油路，將鎖銷頂起。A 腔油壓將轉(zhuǎn)子推離初始位置實現(xiàn)相位調(diào)節(jié)。當VVT 回位時，在B 腔油壓、卷簧力、慣性力等作用下，轉(zhuǎn)子回到初始位置。A 腔油壓低于起銷壓力時，鎖銷落入鎖銷孔[2-3]。

2 VVT 噪聲產(chǎn)生機理

本文僅研究VVT 調(diào)節(jié)功能正常時的噪聲產(chǎn)生機理。

VVT 為了更好地回位與起銷，鎖銷與鎖銷槽存在配合間隙，這一間隙無法消除。鎖銷與鎖銷槽撞擊噪聲與配合間隙呈正相關(guān)。當VVT 處于鎖止零位時，因發(fā)動機油壓存在微小波動，轉(zhuǎn)子受到的推力也在不斷變化，因此鎖銷將在鎖銷槽中不斷撞擊產(chǎn)生噪聲，轉(zhuǎn)子葉片也不斷撞擊定子。

VVT 為了平衡凸輪軸轉(zhuǎn)矩，提高響應(yīng)速度和確保回位，需要增加卷簧。轉(zhuǎn)子運動時帶動卷簧振動，容易和其他系統(tǒng)產(chǎn)生共振。因此本文我們研究通過緩沖定轉(zhuǎn)子撞擊，鎖銷與鎖銷槽撞擊，降低撞擊能量，避開共振帶等方式來改善VVT 的NVH 性能。

3 改善VVT 噪聲的方法

3.1 優(yōu)化定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

將圖2 所示的分體式VVT 改為圖3 所示的整體式VVT。

圖2 分體式VVT

圖3 整體式VVT

如圖2 所示，原設(shè)計的VVT 葉片采用分體式，即葉片和轉(zhuǎn)子本體分開，葉片和轉(zhuǎn)子為間隙配合。在油壓有微小波動時候，葉片與轉(zhuǎn)子會有明顯的敲擊聲。新設(shè)計的圖3 所示的VVT 采用整體式，將葉片和轉(zhuǎn)子本體做成整體，即解決了葉片敲擊的噪聲問題，也降低了成本。為評估這一影響特別使用2 種結(jié)構(gòu)的VVT 進行了怠速NVH 測試，結(jié)果如圖4 所示。整體式VVT 怠速敲擊能量減小，主觀評價冷機啟動噪聲時間縮短，即整體式VVT 可以有效改善VVT 敲擊聲。

3.2 定轉(zhuǎn)子增加緩沖槽

VVT 在鎖止零位時，轉(zhuǎn)子和定子靠在一起。同時轉(zhuǎn)子受油壓波動和凸輪軸扭振影響不斷撞擊定子。為減小這種撞擊，定子與轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上增加緩沖槽（如圖5 所示）。當發(fā)動機啟動時，油腔充滿機油后，轉(zhuǎn)子撞擊定子時受緩沖槽油壓作用，敲擊能量被緩沖，怠速噪聲會得到改善。同時，緩沖槽中的機油可以泄露較緩慢，在下次啟動時可以起到油膜作用，可以改善冷機啟動噪聲。

本文將定轉(zhuǎn)子無緩沖槽（樣件1）和有緩沖槽（樣件2）2 種結(jié)構(gòu)的VVT 分別進行噪聲試驗。試驗結(jié)果如圖6、圖7 所示?？梢钥闯龆ㄞD(zhuǎn)子增加緩沖槽的結(jié)構(gòu)使某發(fā)動機的怠速在問題頻率350～550 Hz 降低約6 dB(A)，敲擊能量減小，可以有效改善VVT 噪聲。

圖4 分體式VVT 與整體式VVT 敲擊能量對比

圖5 定轉(zhuǎn)子增加緩沖槽

圖6 定轉(zhuǎn)子無緩沖槽與定轉(zhuǎn)子有緩沖槽對VVT 噪聲影響

3.3 減小鎖銷間隙

圖7 定轉(zhuǎn)子無緩沖槽與定轉(zhuǎn)子有緩沖槽VVT 敲擊能量對比

液壓VVT 在初始位置或停機起動時，需要通過鎖銷機構(gòu)固定轉(zhuǎn)子（此時油壓較低或無油壓）。轉(zhuǎn)子受凸輪軸扭振與油壓波動的影響而微小轉(zhuǎn)動。由于鎖止間隙的存在，鎖銷與鎖銷槽在不斷相互撞擊。為了控制鎖銷間隙，目前VVT 生產(chǎn)廠家主要有2 種方式：傳統(tǒng)的是通過鎖銷直徑和鎖銷槽的孔徑精度來保證鎖銷間隙，使其配合間隙即為鎖銷間隙；另一種方式是采用設(shè)備，將鎖銷與鎖銷槽一邊靠死后，轉(zhuǎn)子一邊與定子靠死，再轉(zhuǎn)動所需要的角度即為鎖銷間隙。這種方式可以快速實現(xiàn)鎖銷間隙定制與鎖銷間隙公差，提高了精度。

如圖8 所示，本研究制作了0.2°鎖止間隙的VVT 與原狀態(tài)0.9°鎖銷間隙的VVT 對比，由圖可得，縮小鎖止間隙可以有效減小鎖銷與鎖銷槽的撞擊聲。

圖8 鎖銷間隙0.9°與鎖銷間隙0.2°VVT 敲擊NVH 對比

但是鎖銷間隙太小，容易出現(xiàn)解鎖失敗與無法落鎖問題。我們可以通過臺階銷與錐銷結(jié)構(gòu)，縮小鎖止間隙的同時也能避免解鎖與落鎖失敗的現(xiàn)象。

3.4 缸蓋油路增加單向閥

頂置發(fā)動機VVT 一般處于油路布置較遠端，發(fā)動機停機后，供油至VVT 油腔需較長時間。尤其是夏天，發(fā)動機停機后回油較快，放置長時間后，VVT的AB 腔無機油，冷機啟動時油壓未建立，易產(chǎn)生撞擊聲。因此本文考慮了在缸蓋供給VVT 油路處增加單向閥，減緩VVT 機油泄出速度，提高啟動時VVT的充油速度。

如圖9 所示，缸蓋增加單向閥后，發(fā)動機放置一夜后首次啟動VVT，VVT 敲擊噪聲明顯減小。

3.5 其他方法

3.5.1 更改卷簧模態(tài)

VVT 為了改善調(diào)節(jié)速度與使排氣VVT 回位而增加卷簧。當轉(zhuǎn)子在不斷地轉(zhuǎn)動中帶動卷簧運動。當正時系統(tǒng)固有頻率和卷簧固有頻率相同時，卷簧會產(chǎn)生較大的振動，輕則影響VVT 的噪聲，重則卷簧固定套脫出，導致VVT 失效[4]，因此需要考慮避開正時系統(tǒng)的共振帶進行設(shè)計。

圖9 油路無單向閥與油路有單向閥VVT 敲擊能量對比

3.5.2 更改非鎖銷轉(zhuǎn)子葉片的油路開度

如圖10 所示，油口開度隨著轉(zhuǎn)子的運動會發(fā)生變化，當轉(zhuǎn)子運動臨界極限值的位置時，非鎖銷轉(zhuǎn)子葉片上的油口相對于定子的開度將＜50%，控制機油泄出速度，減緩轉(zhuǎn)子和定子的碰撞，從而減少調(diào)節(jié)過程中的NVH。

圖10 VVT 油路示意圖

3.5.3 雙葉片接觸改單葉片接觸

因VVT 噪聲一般都是低頻率段，雙葉片接觸變?yōu)閱稳~片接觸，接觸噪聲頻率變高。有可能不能穿透，無法聽到噪聲。

4 結(jié)論

1）將分體式轉(zhuǎn)子優(yōu)化為整體式轉(zhuǎn)子，可以有效改善冷機啟動和怠速敲擊噪聲。

2）定轉(zhuǎn)子增加緩沖槽，緩沖槽中機油可以減緩撞擊，減少敲擊噪聲。

3）減小鎖銷間隙可以改善敲擊噪聲。

4）缸蓋上供VVT 機油的油路上增加單向閥，減緩機油泄露，可有效提高冷起動NVH 性能。

5）其他方法如更換卷簧模態(tài)、轉(zhuǎn)子葉片油路開度、定轉(zhuǎn)子接觸葉片數(shù)等可以改善VVT 噪聲。