郭彥豆，蒙文瑯，張世珍，黃祥慶

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州 545005）

0 引言

汽車是數(shù)量最多、普及最廣、活動范圍最廣泛、運輸量最大且最重要的現(xiàn)代化陸地交通工具[1]。汽車按動力裝置分類可分為內(nèi)燃機汽車和電動汽車，而電動汽車又有一種車型稱為復合式汽車（HEV）[2]。本研究的某乘用車就屬于復合式汽車，動力裝置是由一臺LJM20汽油發(fā)動機和一臺電機組成，發(fā)動機可向驅(qū)動汽車的電機供電外，還可在汽車高負荷運行時，發(fā)動機直接參與驅(qū)動。某乘用車在怠速充電及0油門蠕行充電等工況時存在明顯動力總成敲擊噪聲（以下簡稱“咕咕聲”），該咕咕聲會極大影響到人們的駕駛性、體驗感，需要解決消除咕咕聲。通過對問題點的排查及改進過程，解決了發(fā)動機咕咕聲問題，不僅使提高了人們的駕駛體驗感，也能夠為后續(xù)發(fā)動機NVH性能開發(fā)提供了借鑒。

1 咕咕聲現(xiàn)象問題分析

1.1 整車級別問題調(diào)查

對發(fā)動機匹配整車進行NVH測試，在駕駛室內(nèi)存在咕咕聲問題，部分車表現(xiàn)嚴重，部分車表現(xiàn)輕微。使用NVH測試設(shè)備對整車進行客觀測試，在發(fā)動機怠速1050 r/min，功率分別為5 kW/3 kW/1 kW時的表現(xiàn)，在進行5 kW充電測試時，發(fā)動機所發(fā)出“咕顯著聲最為嚴重，3 kW/1 kW工況次之，空載咕咕聲可接受。對測試數(shù)據(jù)進行濾波回放，敲擊噪聲頻帶主要集中在230～330 Hz。

繼續(xù)對發(fā)動機振動數(shù)據(jù)分析時，發(fā)現(xiàn)發(fā)動機第四缸（發(fā)動機與耦合器結(jié)合面一側(cè)）位置Y向振動在230～330 Hz振動最為明顯，聲音回放特征最為清晰（圖1），X為整車前后行駛方向，Y為整車左右方向，Z為整車上下方向，發(fā)動機在整車是前置橫置布置（圖2），即Y向為發(fā)動機曲軸軸向方向。針對第四缸Y向信號做230～330 Hz濾波后發(fā)現(xiàn)敲擊間隔約為0.114 s，對應(yīng)四缸機1050 r/min 0.5階激勵，即1050 r/min下4個缸一個工作循環(huán)的時間（1/（1050/60）*2=0.114 s）（圖3），因此，初步判定咕咕聲來源與發(fā)動機的軸向振動以及第四缸做功沖程時的激勵響應(yīng)相關(guān)。

圖1 振動測量數(shù)據(jù)結(jié)果（第四缸Y向振動較大且在頻率230～330下表現(xiàn)較大）

圖2 X、Y、Z方向示意圖（Y向為發(fā)動機的曲軸軸向）

圖3 濾波圖（突出部分間隔時間與發(fā)動機1050 r/min下4個缸一個工作循環(huán)的時間一致）

1.2 發(fā)動機單機NVH臺架測試

對隨機一臺發(fā)動機單機在NVH臺架進行測試數(shù)據(jù)分析，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速1050 r/min、功率5 kW測試后，對第四缸Y向振動數(shù)據(jù)進行回放分析，敲擊特征極為明顯，敲擊間隔為0.114 s（圖4），對應(yīng)四缸機轉(zhuǎn)速1050 r/min、0.5階激勵，與在整車測試時的表現(xiàn)相符。

圖4 濾波圖（與整車測試發(fā)生的間隔時間一致）

測試發(fā)動機反拖工況下的振動情況，（反拖是指發(fā)動機不點火不噴油不作功，由臺架測功機帶動發(fā)動機旋轉(zhuǎn)，分別在轉(zhuǎn)速1050 r/min，發(fā)動機節(jié)氣門打開0%及打開100%的工況測量），發(fā)動機均無咕咕聲表現(xiàn)，各缸振動無明顯規(guī)律（圖5），由此判斷咕咕聲與發(fā)動機做功沖程有很大關(guān)系。

圖5 反拖工況下第四缸節(jié)氣門打開0%和100%的振動情況，振動均無明顯規(guī)律

1.3 其他發(fā)動機機型測試對比

在發(fā)動機轉(zhuǎn)速1050 r/min、功率5 kW的工況下測量對比發(fā)現(xiàn)，其他排量的四缸機均有類似的特征表現(xiàn)（圖6），因幅值大小有所差異，所以有些發(fā)動機未識別到該咕咕聲。

圖6 其它機型測試情況，同樣存在一樣間隔時間的敲擊聲

2 方案措施驗證及實施

通過以上調(diào)查分析的情況，針對第四缸缸體震動與聲音傳遞規(guī)律，采取以下5個方案進行驗證。驗證方案見表1所列。

表1 方案說明

2.1 方案一：更換油底殼

原狀態(tài)發(fā)動機（沖壓件油底殼）和新狀態(tài)發(fā)動機（鑄鋁件油底殼）測試結(jié)果對比如圖7所示。

圖7 駕駛室內(nèi)咕咕聲濾波頻率230Hz～330Hz后調(diào)質(zhì)處理（分貝對比）

從測量結(jié)果看，新狀態(tài)發(fā)動機有所改善，整體分貝降了約1 dB。新狀態(tài)發(fā)動機相對原狀態(tài)發(fā)動機，油底殼由沖壓件改為鑄鋁件，是為了在油底殼后端上增加安裝孔，使發(fā)動機與耦合器增加固定點（圖8），提高了動力總成的一階模態(tài)（表2）。

表2 一階模態(tài)結(jié)果（單位Hz）

圖8 增加固定位置說明

2.2 方案二、方案三、方案四共3個方案驗證對比

按油底殼更改的方向，對以下零件進行更改驗證。以下方案測試，以鑄鋁件油底殼發(fā)動機為基礎(chǔ)狀態(tài)進行驗證，測量原地怠速1050 r/min，功率3 kW下的咕咕聲（該工況在整車較容易進行測試），通過對測試數(shù)據(jù)在頻率230 Hz～330 Hz范圍內(nèi)濾波，以聲音分貝大小進行評判。

2.2.1 方案二：進氣歧管模態(tài)提升

在以下位置增加兩個支架固定進氣歧管與缸體的連接，如圖9所示。

圖9 進氣歧管增加固定點方案

增加兩個支架固定后，進氣歧管一階模態(tài)增加約40 Hz（表3）。

2.2.2 方案三：增加發(fā)動機與耦合器的連接固定點

1980年9月，改革開放初期，市面上各種現(xiàn)代化的商品讓人眼花繚亂。一天，我高中時期的一位同學將他親戚從香港帶來的一卷135彩色膠卷交給我，讓我?guī)退臄z全家福，出于職業(yè)習慣，我敏銳感覺到這卷膠卷非同一般。此前，我一直用的是公元牌黑白膠卷和幻燈色盲片，這是我平生第一次見到彩色膠卷，還是進口的“柯達”彩色膠卷。

在發(fā)動機與耦合器以下位置增加固定點連接，如圖10所示。

圖10 發(fā)動機與耦合器增加固定點連接

增加后，動力總成一階模態(tài)增加約7 Hz（耦合器配置不一樣，一階模態(tài)提升程度也不一樣）。結(jié)果見表4。

表4 動力總成優(yōu)化方案一階模態(tài)結(jié)果（單位Hz）

2.2.3 方案四：提升缸體模態(tài)

通過進氣歧管驗證結(jié)果可知，提高模態(tài)可改善咕咕聲問題，而缸體較容易更改實施。更改如下（圖11）。

圖11 缸體方案（圈處為增加部分）

（1）缸體外側(cè)增加加強筋；

（2）主軸承座增加連接板；

優(yōu)化后缸體一階模態(tài)增加約66 Hz。結(jié)果見表5。

表5 缸體優(yōu)化方案一階模態(tài)結(jié)果（單位Hz）

2.2.4 方案驗證

圖12 測試結(jié)果(上圖為基礎(chǔ)狀態(tài)、下圖為優(yōu)化后狀態(tài))

測試結(jié)果顏色越鮮艷、聲音幅值范圍越廣，代表效果更差、聲音更大，反正則有改善。從測試結(jié)果看，更改前后聲音幅值基本一致，聲音更大，改善不大。

2.3 方案五：發(fā)動機標定參數(shù)調(diào)整（排氣VVT角度）

發(fā)動機可變配氣機構(gòu)（VVT）的種類較多，包括可變氣門正時、可變氣門升程、可變進氣延續(xù)時間或其符合形式等?？勺兣錃鈾C構(gòu)可以是內(nèi)燃機在不同轉(zhuǎn)速和工況下都能獲得理想的進、排氣效率，在提升扭矩和功率的同時，也提高了油耗水平[3]。本研究的發(fā)動機即用到了DVVT技術(shù)，即進、排氣都有可變氣門正時系統(tǒng)，使發(fā)動機達到了40%以上的熱效率，從而搭載在混動HEV車型上效果更好。

在原定ECU數(shù)據(jù)排氣VVT角度的基礎(chǔ)上再增加20°，咕咕聲噪音明顯改善，人耳幾乎感覺不到，達到了大家可接受的水準（圖13）。

圖13 排氣VVT角度增加20°測試結(jié)果（上圖為基礎(chǔ)狀態(tài)、下圖為調(diào)整后狀態(tài))

綜合考慮整車動力、油耗及排放，轉(zhuǎn)速1050 r/min，功率3 kW及5 kW排氣VVT角度增加15°，其他負荷工況過渡調(diào)整，調(diào)整范圍5°～15°不等。圖14為調(diào)整前后的排氣VVT角度預設(shè)值，有箭頭一行的角度為調(diào)整后的排氣VVT角度，無箭頭一行的角度為調(diào)整前的角度。

圖14 排氣VVT角度調(diào)整范圍

對于調(diào)整后的ECU數(shù)據(jù)，在整車上測試，咕咕聲改善明顯，人耳幾乎感覺不到，大致一致認可該狀態(tài)可接受（圖15）。

圖15 ECU數(shù)據(jù)排氣VVT角度調(diào)整后測試結(jié)果（上圖為基礎(chǔ)狀態(tài)、下圖為調(diào)整后狀態(tài))

2.4 小結(jié)

通過以上數(shù)據(jù)，表明：

（1）咕咕聲特征在四缸機上都存在，可能因為各機型、各零件的差異，咕咕聲問題表現(xiàn)有大有小，有些表現(xiàn)較小或者聽不到從而達到可接受的狀態(tài)。因此該咕咕聲可能徹底消除咕咕聲很難，但可通過更改零件模態(tài)等方式來抑制咕咕聲，達到大家可接受的狀態(tài)。

（2）咕咕聲與發(fā)動機負荷相關(guān)性強，即發(fā)動機在燃燒激勵下某零件響應(yīng)呈現(xiàn)出了敲擊特征，即也可通過改變發(fā)動機標定參數(shù)，如改變排氣VVT角度，改變發(fā)動機燃燒特性來解決問題。

3 結(jié)語

通過使用鑄鋁油底殼的動力總成提升總成模態(tài)以及調(diào)整發(fā)動機ECU數(shù)據(jù)的排氣VVT角度，解決整車動力總成異響問題。