某汽油发动机正时系统异响解决方法

袁飞，王金立，范习民，李凯，王国刚

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

某汽油发动机正时系统异响解决方法

袁飞，王金立，范习民，李凯，王国刚

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章针对某汽油发动机异响进行研究，首先通过对噪声频谱分析，确定异响源为发动机18阶噪声发出，然后从异响的阶次特点出发，逐一进行排查，最终确定为正时系统发出。最后分别从传递路径和噪声源控制两方面对异响进行消除，最终彻底解决异响。其解决前端正时链传动异响的方法，可为后续解决同类问题和正时系统的设计提供参考思路。

异响；18阶噪声；正时系统；传递路径；噪声源

CLC NO.: U471 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)20-164-03

引言

发动机正时系统是保证发动机每一缸能够按照工作循环和发火次序准确及时地开启和关闭进、排气门的重要保障。目前正时传动系统普遍采用的是齿轮传动、链传动、带传动[1]。其中正时链条相对正时皮带具有结构紧凑，传递功率高，可靠性与耐磨性好，终身免维护等显著优点，得到广泛的应用[2]。

1 问题的提出

某汽油发动机搭载整车时，整车2档、3档缓油门加速或定置加速（发动机转速 1500rpm-3000rpm）过程中，车内均能明显听到啸叫声，定置加速过程发动机与变速未发生动力传输过程，基本锁定该啸叫为发动机本体产生的。通过对异响的滤波回放及车内驾驶员右耳噪声频谱的分析可以得到，在1500rpm-3000rpm转速段引起啸叫的主要原因为该转速段18阶次能量较为突出。

发动机振动和噪声源自于气缸内周期性燃烧的爆发压力和曲轴飞轮等组件的惯性力，燃烧产生力通过活塞作用于曲轴上，而活塞对曲轴的力可以分解成一些列正弦函数的叠加，所以爆炸压力和惯性力带有明显的“阶次”特点，这样力作用到曲轴上，曲轴再带动其他附件运动，因此由曲轴驱动的相关附件的振动和噪声也带有明显的“阶次”特点[3]。阶次的计算公式为：

式中，O为阶次数，Z为齿轮齿数、n为发动机转速，对于直接利用曲轴驱动齿轮驱动相关附件的，齿轮的齿数即为阶次数。

图1 驾驶员右耳噪声频谱

通过对附件系统的排查，正时驱动齿的齿数恰好为 18个，表现出的阶次特点与异响表现形式相同，可推断引起该异响的源头为发动机正时驱动齿与正时链条啮合冲击和链条多边行效应引起的[3]。

2 解决措施

2.1 传递路径

首先从传递路径方向提供解决方案，如果噪声通过空气直接传播到车内，可考虑在噪声传播过程中使用隔声材料降低噪声传入驾驶室内。

图2 正时盖板前方增加隔音垫前后总噪声变化

图3 正时盖板前方增加隔音垫前后18阶次噪声变化

从试验数据可以看出，正时盖板辐上增加平静隔音垫前后发动机18阶次噪声无明显改善。故从空气传播路径上未能从根本上解决车内18阶次异响问题。

图4 发动机前悬优化后振动加速度

发动机正时18阶次噪声除了可以通过空气传播到车内，还可以通过悬置系统传递到车内。优化整车悬置后发动机的18阶振动能量有明显的改善，但车内18阶啸叫声依然明显。故从优化悬置匹配路径上也未能从根本上解决车内18阶次异响问题。

2.2 源解决方法

图5 典型的链传动正时系统示意图

振动是噪声的来源，链传动产生振动主要表现为以下三种形式：链节的横向振动与纵向振动、链轮的轴向与径向振动、滚子的径向变形振动。而链传动噪声主要来源于链传动中多边形效应引起的噪声和啮合冲击引起滚子振动或链轮振动形成的噪声，其中多边形效应是链传动啸叫噪声的主要激励源。所谓链传动的多边形效应，就是将其看成是链条与一正多边形链轮组成的一种多边形传动，正多边形的边长等于链条的节距，边数等于链轮的齿数，链轮每转过一个齿，链速就从大到小，再从小到大变化一次，同时伴随着链条横向振动、速度的波动。

图6 新型齿形静音链条结构

鉴于本例中发动机异响源源自滚子链在传动过程中多边形效应，要从源头消除异响，可以通过优于传统链结构来实现，上图为一种新型齿形静音链结构示意图，优于该链在传动过程中可以变节距，故有能够有效的降低或消除链传动中的多边形效应，因而使链的传动性能得到明显的改善[4]。

采用静音链后发动机前方噪声频谱中，18阶次能量完全消失，驾驶舱内异响消失，试验证明，采用静音链代替传统滚子链能够从根本上解决正时啸叫异响。

图7 采用静音链前后发动机前方噪声频谱

3 结论

链传动具有可靠、耐磨、免维护等优点，决定了链传动的传动形式将被越来越广泛的应用到各个领域，其传动过程中产生的噪声问题也必将受到人们关注，如何保留链传动的有点的情况下，最大限度降低链传动过程中产生的噪声问题，将是一个技术难点，而静音链将有效地解决传统链传动的噪声问题重要手段。

通过具体案例的解决方法，可以为后续发动机正时系统等设计提供借鉴。如，在设计正时链时，主动链轮齿数尽量大于21齿，且取奇数齿[5]，这样一方面可以降低齿啮合阶次能量和发动机发火阶次能量耦合，另一方面降低正时链的多边形效应，减少产生正时啸叫可能性。

[1] 陈家瑞.汽车构造[M].机械工业出版社,第三版.

[2] 李静波,王宏伟.基于传递路径分析的正时链条阶次噪声优化[J].内燃机,2013.8.

[3] 庞剑,何华.汽车噪声与振动—理论与应用 [M].第一版，北京：北京理工大学出版社,2006.178-180.

[4] 杨国先.齿形无声链条滚削的加工方法[J].现代制造工程,2011.8.

[5] 孟繁忠,李宝林.汽车发动机正时链系统设计方法[J].哈尔滨工业大学学报,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 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2017)20-164-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.20.057

袁飞，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司。