某汽油机前端噪音控制的试验研究

李　剑 ,　马春亮,　刘丽佳

(1.长城汽车股份有限公司动力研究院，保定 071000；2.长城汽车股份有限公司技术中心，保定 071000)



某汽油机前端噪音控制的试验研究

李剑1,马春亮2,刘丽佳1

(1.长城汽车股份有限公司动力研究院，保定 071000；2.长城汽车股份有限公司技术中心，保定 071000)

针对一款发动机前端噪音大问题，对音源位置、大小及产生原因进行检测分析，然后通过逐步的对比试验，对增加正时罩盖隔音罩的设计方案进行逐步验证，最终确定正时罩盖隔音罩设计方案，开发样件并进行装车试验，彻底解决了正时噪音问题.

汽油机；噪音；被动降噪；聚氨酯

随着汽车工业的不断发展进步，设计和制造水平的不断提高，顾客对汽车产品的要求也越来越高.发动机的NVH品质直接影响顾客整车使用感受，因此以前不被重视的发动机噪音及振动问题越发凸显，噪声的控制显得尤为重要[1-2].必须从设计到制造全程考虑该问题，才能满足顾客日益提高的需求.

1　故障现象

发动机开发过程中需要进行整机NVH性能评价，发现突出的或者不正常的振动和噪音.某汽油机在进行消音室NVH试验时，发现正时侧噪音异常，检测出正时罩盖存在共振噪音、链条张紧器动作噪音以及链条啮合噪音等多处噪音.该噪音为人耳可辨识的明显噪音，严重影响发动机声品质[3-4]，且在发动机运行转速2 000转(为发动机常用转速)附近尤为明显，顾客感受直接[5-6].

该发动机为高端机型，NVH品质显得尤为重要，该问题必须彻底解决.

2　故障原因分析

2.1方案分析

根据NVH摸底试验，发动机前端存在多个噪声源，且种类不同，其中包含链条啮合音、张紧器动作音等，情况复杂.发动机整体开发已经基本成型，无法进行大的变更.在现有技术条件下，主动消除噪音困难,采用遮挡覆盖等被动隔音罩降噪措施，用以降低发动机前端噪音.

2.2包裹验证

为初步验证在发动机前端用吸音材料进行包裹的方案可行性，采用具有粘性的吸音阻尼材料对正时罩盖进行粘贴覆盖，通过手工裁剪粘贴，将正时罩盖外表面约70 %的表面积进行覆盖，并在消音室台架进行噪音对比试验.虽然包裹方案较为粗糙，但是减噪效果明显，见图1.

图1　包裹正时罩盖前后正时侧噪声频谱对比分析

验证效果：怠速包裹正时罩盖正时侧(1米声压级)噪声降低3 dB ，声品质提高，尖锐度降低0.18 acum，响度降低1.7 sone，语音清晰度提高3%AI. 初步验证了包裹方案的有效性，为下一步工作奠定了基础.

2.3简易样件验证

在之前初步试验的基础上，考虑吸音发泡材料在本发动机上应用及未来量产隔音罩的实际工程化，决定采用聚氨酯发泡(PUR)材料进行进一步的简易样件验证.PUR是一种轻质多孔类似海绵的橡胶材料，吸音降噪效果优良，且具有一定工程强度，不易破损，加入阻燃剂后不燃烧，是良好的汽车工程材料.联系相关生产厂家，寻找到两块不同规格密度的聚氨酯发泡材料，经过简单的裁剪及粘贴处理，包裹在发动机正时罩盖前端，进行消音室试验验证.通过无隔音罩、装有隔音材料一及隔音材料二3个状态的噪声数据对比，明确了不同厚度与密度的隔音材料在该发动机上的应用效果，见图2.

从图中可以看出不同密度及厚度隔音材料在应用中的不同效果.其中，2号包裹材料的效果明显优于1号包裹材料，且在发动机前端一米处约2分贝降噪效果明显.

图2　正时前端一米声压级对比

2.4正式样件设计

简易样件的试验进一步确认了该方案的可行性，决定正式进行该降噪方案的工程化.因发动机主体设计已经完成，不可能进行大幅度的改动，只能利用现有边界条件，设计开发量产状态隔音罩，现有发动机前端存在多个管路，螺栓固定孔等结构，结构复杂，而且隔音罩实现工程化与实验室制作的简易样件的要求完全不一样，在正式样件方案中，要考虑尽量减少装配复杂性，并覆盖尽可能大的面积.对发动机前端管路稍加调整，利用前端管路对隔音罩进行辅助固定.利用正时罩盖表面的突出筋，让隔音罩和正时罩盖互相包含，紧密贴合，充分利用隔音罩的材料弹性进行吸振.通过不断协调优化，不但解决了该发动机的噪音大的问题，还改善了发动机前端外观，提升产品精致度，见图3和图4.

图3　增加隔音罩前发动机前端照片

图4　增加隔音罩后发动机前端照片

2.5台架试验结果

确定以上方案后，制作隔音罩模具，进行样件开发，并装配发动机，再次在NVH消音室台架进行NVH试验验证.通过装配及取消正时罩盖隔音罩的噪音结果对比，证实方案有效，其中发动机前端，近场隔音效果在2dB以上，见图5.

图5　正时端近场声压级对比

2.6实车降噪效果验证

通过前期不断的分析及验证，整改方案通过了发动机消音室试验验证的隔音罩方案，但最终效果需要在整车上进行实车验证.将正时罩盖隔音罩装配在试验车上，开始进行最终的整车上的噪音对比试验.在机舱前端中部及驾驶员右耳附近布置传感器，在怠速及加速两个工况下，进行隔音罩的噪音对比验证.见图6和图7.

图 6　怠速工况驾驶员右耳(上)及正时近场(下)噪音频谱

图7　加速工况驾驶员右耳(上)及正时近场(下)噪音频谱

从试验数据看出，增加正时罩盖隔音罩后，机舱前端中部和驾驶员右耳处的噪音都有明显降低，尤其是在加速工况，正时近场处(机舱前端中部)噪音降低3.7分贝，效果显著，设计方案通过了整车试验的最终验证.

2.7可靠性试验

为确保产品的耐久性能，在正时罩盖隔音罩正式量产前，在发动机台架上进行了可靠性验证.装配有隔音罩的发动机经过400小时的全速全负荷运转，在试验后零件分析中发现隔音罩靠近排气歧管的部位存在局部老化问题，虽然未发生明显破坏，但有局部变脆、碳化的现象(见图8).

后经排查，确认为试验室轴流风机将排气歧管周围的高温气体从发动机侧后端吹向隔音罩，导致隔音罩局部温度超出耐热极限，发生加速老化是橡胶产品的固有特性.

图8　隔音罩受热老化照片

问题发生后，排查同期装车的数台试验车，隔音罩均为未发生此问题，通过对比分析，其原因为整车散热风扇会将空气由发动机前端吹向发动机后端，与实验室台架空气流动方向不同，排气歧管的高温气体不会影响正时罩盖隔音罩.从此案例中可以推论，如果隔音罩周围存在高温热源，则隔音罩周围的气体流动，热辐射方向则需要格外重视，必要时需增加隔热设施，并且提高隔音罩材料的防火等级，顾客使用过程中即使发生意外情况，只会引起隔音罩的加速老化，但受热着火绝对不会发生.

3　结　论

根据上述对问题的分析，和逐步验证并最终解决问题，总结出以下几点：

1)在噪音和振动复杂情况(如发动机)下，主动降噪实施困难，增加隔音罩等被动降噪方案具有相当的优势.

2)不同厚度与密度(发泡孔隙大小)的隔音材料对于降噪效果明显不同，同一材料，对于不同频段的噪音亦有着不同的效果.

3)隔音类产品，通过良好的设计，不但不会增加装配复杂度，还具有改善产品外观的功能.

4)绝大部分发泡橡胶类产品的耐受温度在200 ℃以下，所以设计中必须要考虑产品周围环境温度，热辐射和气流方向，避免出现加速老化.并严格添加防火成分，保证耐火等级.

5)材料的耐火等级要重点考虑，绝大部分发泡橡胶类产品的耐受温度在200 ℃以下，所以设计中必须要考虑产品周围环境温度，热辐射和气流方向，避免出现加速老化.并严格添加防火成分，保证耐火等级.

[1]钱人一.汽车发动机噪声控制[M].上海：同济大学出版社,2008.

[2]梁兴雨. 内燃机噪声控制技术及声辐射预测研究[D]. 天津：天津大学，2006.

[3]庞剑，偡刚，何华. 汽车噪声与震动：理论与应用[M],北京:北京理工大学出版社,2006.

[4]陈秀娟.实用噪声及振动控制[M].北京：化工工业出版社,1999.

[5]熊勇刚，李顺，夏天军，等.发动机壳体噪声辐射控制研究[J]，湖南大学学报，2012，26(3)：44-47.

[6]李增刚,詹福良.Virtual.Lab Acoustics声学仿真计算高级应用实例[M].北京:国防工业出版社,2010.

Experimental Research on Front-end Noise Control of aGasoline Engine

LI Jian1,MA Chun-liang2,LIU Li-jia1

(1.Engine R&D center,Great Wall Motor Co.,Ltd., Baoding 071000, China;2.Technical Center,Great Wall Motor Co.,Ltd., Baoding 071000, China)

Aiming at the problem of the larger noises at the front-end of an engine, some detection analyses are made for the positions of the noise source, the level of the noise and the reasons causing the noise. Through some contrast tests, a design method of adding an insulator to the timing cover is verified gradually. The design of the timing cover insulator is confirmed, the developed samples are tested on the vehicle and the problem of the timing noise is finally solved.

direct injection gasoline engine; noise; sound arrester; polyurethane (PUR)

1009-4687(2016)02-0010-04

2015-9-10

李剑(1986-)，男，助理工程师，研究方向为发动机正时罩盖，附件支架等结构件的设计与开发.

TJ811

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