某皮卡空载异响产生根源的发现与问题研究

（江西五十铃发动机有限公司，南昌330200）

某皮卡空载异响产生根源的发现与问题研究

殷志雄

（江西五十铃发动机有限公司，南昌330200）

通过对一辆皮卡车空载异响问题的发现、排查、根源确定，阐述了一般异响问题的解决思路。该皮卡整车空载加速和空载定置3 500 r/min时，有4 800 Hz左右的哨音异响。整车上发动机本体也无此振动频率。从发动机本体、增压器、排气系统入手，经过一系列测试，最终发现了问题产生的根源。

皮卡车异响试验排气系统NⅤH

1 前言

随着汽车工业水平的不断提高，汽车车内的噪声问题逐渐成为汽车制造商最为关心的问题。而对噪声的主客观感受将会直接影响客户对产品的选择趋向。改善整车NⅤH性能，提高用户满意度，已经成为车辆振动噪声研究领域的重要方向。

2 汽车噪声来源

汽车是一个包括各种不同性质噪声的综合噪声源。按噪声产生的部位，主要分为与发动机有关的噪声，与排气系统有关的噪声，以及与传动系统和轮胎有关的噪声。

1)发动机噪声包括燃烧、机械、进气、排气、冷却风扇及其他部件发出的噪声。在发动机各类噪声中，发动机燃烧噪声和机械噪声占主要成分。机械噪声是指发动机工作时，各零件相对运动引起的撞击，以及发动机内部周期性变化的机械作用力在零部件上产生的弹性变形所导致的表面振动而引起的噪声，包括活塞敲击声、气门机构声和正时齿轮声。燃烧噪声和机械噪声都是有发动机本体发出的，并且随着发动机转速的增加，噪声也增加。

2)排气系统噪声发动机排出废气时，在排气门附近，排气歧管内及排气管口气体压力发生剧烈变化，在空气中和排气管内产生压力波，辐射出很强的噪声。发动机排气噪声往往比发动机其他噪声源的总噪声高10～15 dB。排气噪声按产生的原因分为3种：（1）排气门开启时产生的周期性排气噪声。(2)气体涡流噪声。（3）排气管道共鸣噪声。

3)汽车传动系统包括离合器、变速器（分动器）、传动轴、驱动桥等。传动系统噪声主要来源于变速齿轮啮合传动的撞击、振动和传动轴的旋转振动；另外，箱体轴承等方面也影响着噪声的大小。齿轮噪声以声波向空间传出的仅是一小部分，而大部分则是变速器、驱动桥的激振使各部分振动而产生的噪声。轮胎噪声是汽车的另一个重要的噪声源。

本文以异响产生→异响排查→异响验证为思路，采用LMS振动噪声测试仪器，以及专业的测试分析软件Test.lab，阐述了异响问题的解决方法，具有很好的借鉴意义。

3 车辆异响现象及其测试

某皮卡车空载加速经过3 500 r/min和空载定转速3 500 r/min时存在尖锐的哨音，较为刺耳，客户难以接受。图1是发动机机舱测试中，空载加速经过3 500 r/min附近出现4 800 Hz的异常亮带。图2是发动机舱测试中，空载定转速3 500 r/min附近出现4 800 Hz的异常亮带。

4 异响排查

将发动机从整车上拆卸后，在发动机试验台架上进行发动机NⅤH测试，测试结果证明发动机本身没有此异响频率存在。

图1 空载加速增压器处频谱图

图2 空载定转速3 500 r/min增压器处频谱图

主观排查，发现车底中部的哨音最为明显，右前轮处次之，车前和车后最小。

经过客观排查，并根据经验可知，4 800 Hz高频噪声的来源较大可能是气动噪声。因此从发动机本体、增压器、排气系统等入手。

4.1发动机本体噪声

无论在试验台架上还是在整车上，发动机本体振动频谱图上，均未发现有4 800 Hz亮带，见图3。可以初步判断，该异响与发动机本体的振动无关。

图3 空载加速发动机缸盖振动

4.2增压器噪声

为了验证发动机在低负荷下工作时，是否处于增压器的喘振边缘，进行了如下试验：空载恒定转速试验（1 500 r/min、2 000 r/min、2 500 r/min、3 000r/min和3 500 r/min），测量发动机的进气量和压比。试验结果证明，增压器的全负荷及空载均在稳定工作区间，见图4。初步判断该异响与增压器工作状况无关。

4.3排气系统噪声

4.3.1 整车振动测试

为查明车辆异响的原因，对整车进行噪声、振动测试。结果表明，整车从前往后，4 800 Hz振动幅值大小排列如下：

发动机缸盖＜增压器＜催化器前端＜催化器后法兰面＞排气管前中法兰面＞排气管中后法兰面＞消声器后＞排气口

可见，催化器后面的排气金属编织软管段对整个异响贡献最大，结合声学分析，可以初步确定该处为异响主要产生源。排气系统模态经过仿真和试验验证，均与此次异响频率无关。

4.3.2 排气系统模态测试

图4 压气机性能图

仿真分析和模态试验分析得出，排气系统的前6阶固有模态都在100 Hz以内，不可能是由于激励引起排气管共振而导致本次异响，参见表1。图5为排气系统有限元网格，图6为排气系统的模态分析结果（以1、5阶为例）。

表1 有限元分析结果

图5 排气系统有限元网格

4.3.3 排气系统测试

图7～图16分别给出了空载加速试验中，增压器噪声噪声频谱，右前轮侧噪声频谱，车底中部噪声频谱，增压器振动频谱，催化器前后端的振动频谱，以及排气管前中法兰面、排气管中后法兰面由图7～图9可见，在增压器处、右前轮侧和车底中部噪声频谱图中，均出现4 500～4 800 Hz的亮带。

图6 排气系统模态分析

图7 空载加速增压器处噪声频谱

图8 空载加速右前轮侧噪声频谱

在图10中的增压器振动频谱图中，未发现有4 800 Hz亮带，4 100 Hz判定为增压器壳体模态。在图11～图14的催化器前、后法兰面和排气管前中、中后法兰面的振动频谱图中，均出现4 800 Hz亮带，振幅分别为0.5g、16.12g、6.61g、6.6g。

在消声器后（图15）和排气管中后法兰面（图16）振动频谱图中，均出现4 800 Hz亮带，振幅分别为2.5g和1.4g。

图9 空载加速车底中部噪声频谱

图10 空载加速时增压器的振动

5 异响验证

为了证明确实为排气系统所致，且噪声源为排气金属编织软管段，进行了拆除排气金属编织软管段试验。图17为拆除排气金属编织软管段前后试验数据对比。

图11 空载加速时催化器前端的Z向端振动

图12 空载加速时催化器后法兰面Z向振动

图13 空载加速时排气管前中法兰面的Z向振动

图14 空载加速时排气管中后法兰面Z向振动

排气金属编织软管段本身，振动和噪声上均没有4 800 Hz这个异响频率存在。进一步拆解发现，排气系统工艺制造缺陷是造成此次异响的最终原因。图18为拆下的排气金属编织软管段。图19为排气管法兰面接口的缝隙，此排气管道焊接工艺不佳，导致法兰面与管路不垂直，出现较大缝隙。排气出口处的高速气流冲击狭缝，是产生此次哨音的根本原因。

图15 空载加速消声器后Z向振动

图16 空载加速排气管中后法兰面Z向振动

图17 催化器后法兰面Z向振动对比

图18 排气金属编织软管段

图19 排气管法兰面接口

6 结论

经过以上试验得出：

（1）发动机本体和增压器并非异响产生根源。

（2）加速工况下，拆除排气金属编织软管段后，4 000～4 200 Hz和4 500～4 800 Hz的异常频段完全消失。发动机在匀速3 500 r/min工况下，拆除排气金属编织软管段后，4 800 Hz的异响也完全消失。

（3）该皮卡车，加速和匀速下，异响主要位置为排气金属编织软管。建议对排气系统法兰、排气金属编织软管及催化器的加工与设计进行详细排查整改，优化结构设计和生产工艺，杜绝不合格产品。

（4）排气系统模态经过仿真和试验验证，均与此次异响频率无关。

Location of and Research on Root Cause of Abnormal Noise of a Pickup Truck in No-load Condition

Yin Zhixiong
（JiangxiⅠsuzu Engine Co.,Ltd,Nanchang 330200,China）

A general method to solve NⅤH problem especially abnormal noise is presented by theinvestigation of abnormal noise of a pickup vehicle running in idling condition.One kind of whistle noise of frequency of 4 800 Hz was found at 3 500 r/min without load.Such frequency noise was not found in engine body.Ⅰt was after many measurements and tests were made to engine body,turbocharger and exhaust system that the root cause of the abnormal noise was discovered.

pickup truck,abnormal noise,test,exhaust system,NⅤH

10.3969/j.issn.1671-0614.2014.04.008

来稿日期：2014-05-26

殷志雄（1968），男，硕士研究生，主要研究方向为柴油机制造。