一种新型发动机装饰罩的开发研究

查亮

一种新型发动机装饰罩的开发研究

查亮

（上海汽车集团股份有限公司 商用车技术中心，上海 200438）

为集成传统发动机装饰罩美化前舱、防尘防油污与发动机声学包件吸音降噪的作用，设计了发动机吸音罩，并通过试验研究其降噪性能。介绍了发动机吸音罩与现有的发动机装饰罩的结构，并对比分析其各自优缺点；说明了发动机吸音罩使用材料的微观结构、吸音原理及生产工艺。结合实车零件开发案例，首先，对吸音罩覆盖范围进行划定，将不同厚度、密度的片材进行对比测试，确定合适的材料选型及包覆方案；然后综合考虑工艺性、装配性和降噪要求设计三维数据并制作软模验证；最后，进行车内噪声试验，对比验证其降噪效果。试验表明，发动机总声功率级降低1.3 dB(A)，并对多个频带噪声均有作用，有效提高了整车声品质。

吸音罩；发动机噪声；被动降噪；聚氨酯

传统的发动机装饰罩覆盖发动机上部，主要起美化前舱布局、防尘防水油、保护发动机线束、点火线圈、传感器等关键部件的作用，同时在一定程度上减少发动机噪音的传播，降低隔音成本[1]。但由于传统发动机装饰罩的隔音性能主要依靠装饰罩背面点焊的吸音棉，受限于吸音棉本身的材料结构特性和吸音特性及其阻断发动机辐射噪音传播路径的严密程度，对发动机噪声的隔音效果有很大的局限。

本文对比常见的发动机装饰罩结构，引入一种采用聚氨酯发泡材料直接发泡成型的发动机装饰罩——发动机吸音罩（以下简称吸音罩）。吸音罩作为发动机声学包的部件之一，继承了传统发动机装饰罩的作用，同时具有良好的吸音性能，能够有效降低发动机辐射噪声、提高整车声品质。本文介绍吸音罩的生产工艺、材料微观结构、开发流程和设计方法，并针对某柴油发动机怠速工况时喷油器“哒哒”声突出、声品质差的问题，设计解决方案，最后实车应用、验证。

1 常见发动机装饰罩结构

目前常见的发动机装饰罩结构有五种，如表1所示。综合对比可得，塑料装饰盖＋玻纤内衬结构装饰罩污染大、质地硬、声学效果差、材料可塑性也不好；塑料装饰盖＋PET内衬结构装饰罩的可塑性差且声学效果有限；塑料装饰盖＋聚氨酯发泡内衬与复合发泡成型这两种结构装饰罩的可塑性均不好，对噪声源无法实现整体包覆；吸音罩（聚氨酯发泡材料直接成型）不但具有更高的表面外观要求和尺寸稳定性，同时还拥有非常好的声学性能。

表1 常见发动机装饰罩优缺点对比表

NVH（Noise、Vibration、Harshness）：噪音、振动、声振粗糙度

2 材料结构与吸音原理

传统发动机装饰罩所用的吸音棉材质多为“玻纤＋无纺布”或“PET＋无纺布”的组合，其微观结构由数不清的纤维交织、缠绕、粘结在一起，形成很多细小的缝隙。吸音罩所使用的聚氨酯材料是通过按比例混合的A、B料反应生成，微观为多孔互联结构，即无数微小的孔隙之间相互联结[2]，如图1所示。材料表层是约1～2 mm厚度的弹性结皮，为微孔隙结构，具有罩盖和封闭功能；结构内部主体为微孔吸音泡沫芯，为规则且较大的连续泡孔结构，起主要吸音降噪作用；泡沫芯与结皮之间是约2 mm厚度的结构转型，主要为椭圆开孔结构，也具有吸音功能。

吸音棉和吸音罩的吸音原理一样，均是给声波留下进入的通道（细小的缝隙或无数连绵不断的孔腔），当声波传入后，在缝隙或孔腔间不断折返，声能转化为热能，且产生的热能微乎其微，对发动机部件无影响，从而使声能量大幅衰减，实现吸音目的[3]。分析微观结构本身，对比缝隙与孔腔的大小和密度，聚氨酯材料相对于吸音棉在吸音性能上有明显优势。

图1 吸音罩聚氨酯材料截面微观结构图

3 生产工艺

发动机吸音罩的生产过程如图2所示。首先采用喷涂机械手对模具喷洒脱模剂，确保脱模剂喷洒均匀，产品表面无针孔、粘模、花纹等缺陷；然后高压聚氨酯发泡机按比例混合AB料（异氰酸酯、组合聚醚），经由机械灌注手沿轨迹将发泡料注入模具，确保产品A面流纹一致；上下模采用两个水温机精确控制模具温度，使产品上下表皮厚度在规范要求内。模具经过旋转生产线上烘道保温、冷却后，开模取件、手工修边后，通过机械手对产品扫面检测，像素图像对比检测产品表面质量，合格产品入库储存。

图2 吸音罩的生产流程图

4 开发流程和设计方法

发动机吸音罩的开发主要是根据发舱布置情况及其吸音要求，进行覆盖范围、型面、固定结构的设计。

4.1 确认覆盖面积

根据发动机动态包络、整车布置边界的要求、车身件静态间隙要求及前舱各部分各工况下的极限温度，确定吸音罩的外形尺寸。

4.2 吸音性片材测试

为验证吸音罩覆盖面积是否满足NVH吸音性要求，选定吸音罩厚度和材料密度。使用不同密度（常用密度：150±25 kg/m3、220±25 kg/m3、250±25 kg/m3）、同一厚度（常用厚度：15 mm、20 mm）的聚氨酯片材（片材尺寸：0.3 m×0.3 m）对覆盖范围进行手工包覆。在半消声实验室进行噪声实验，得到包覆前、包覆后及不同片材密度、覆盖厚度包覆的各组测试结果。由于材料密度、覆盖厚度通常与吸音性成正相关系，如图3所示[4]，密度和厚度在一定范围内增加，会获得更好的吸音性，但单车成本和重量也会随之增加。这就需要综合加权各组的吸音特性曲线、吸音罩重量目标、成本目标以及吸音性要求，选择合适的材料特性及厚度来设计隔音垫[5]。

图3 不同厚度片材吸音曲线对比图

4.3 3D设计与评审

吸音罩3D设计主要分两个方面，造型面设计和固定结构设计。造型面设计需在确定的覆盖范围下保证工艺的可实现性。固定结构设计根据覆盖范围的尺寸，确定定位点，考虑吸音罩的重量，定位点间距一般不超过250 mm，定位点与边界的距离在50～150 mm之间。定位点固定结构要求安装可靠、拆装方便，能够通过振动试验。除呼吸器、传感器、线束等特殊零件外，吸音罩内表面需与发动机充分贴合。

评审是对3D数据进行周边件校核。吸音罩与周边件间隙满足整车布置要求，不与发动机件干涉，与线束、传感器、呼吸器等留有合理间距，在发动机机油加注口和机油尺处留有手操空间，同时校核吸音罩拆装路径。

4.4 软模件验证

对设计出的吸音罩制作软模件，利用软模件进行吸音性、售后拆装、ADVP（Analysis、Development、Validation、Plan，分析、研发、验证、计划）的验证，ADVP具体试验项目如表2所示。

4.5 车应用

通过对软模件的验证，修改设计、总结经验，最终应用于实车。

表2 吸音罩ADVP具体试验项目

SOR（Statement of Requirements）：产品（零件）需求描述；R.H.（Relative Humidity）：相对湿度；

ELV（End of Life Vehicle）：《关于限制电子电器设备中使用某些有害成分的指令》，是由欧盟立法制定的一项强制性标准。

5 车验证

某开发中的商用柴油车，高配定位车型的振动噪声水平未达到设定VTS指标要求，主要问题为：发动机舱噪声大，怠速时出现“哒哒”声，声品质不好。针对这一情况，通过分析噪声试验数据，判定噪声声源为发动机喷油器辐射噪声[6]，主要集中在几千赫兹的高频区域内。考虑车型已上市，采取改进结构、优化设计的主动降噪措施所需时间投入过长，而且需由发动机供应商配合承担，所以采用添加发动机声学包这一被动降噪措施[7]，应要求设计开发作为发动机声学包零件之一的吸音罩。

发动机吸音罩至于发动机上方，根据发动机和整车布置边界，考虑吸音罩所用聚氨酯材料耐受温度及发动机温度场分布，划定吸音罩可覆盖的最大范围。在该范围内，利用聚氨酯片材实车手工包覆，如图4所示。

如图5所示，通过噪声实验分析，怠速工况下喷油器包裹能降低顶面噪声1.1 dB(A)，全包覆能降低顶面噪声3.0 dB(A)，2000 Hz以上高频降低明显。

图4 油器包覆与全覆盖

如图6所示，全负荷工况下，喷油器包裹能降低顶面噪声0.9 dB(A)，全包覆能降低顶面噪声1.8 dB(A)。可得出结论，两种包覆情况均能降低顶面多个频带燃油系统噪声，特别是高频噪声，提升声品质。综合考虑降噪情况、材料重量、美观要求等方面，确认吸音罩的包覆范围（覆盖喷油器、油轨，避让增压器及排气端）、材料厚度（最厚处为65 mm、最薄处为15 mm）和材料密度（200±5 kg/m3）。

吸音罩造型面要求1 mm自结皮，表面光滑无气孔。背面与发动机件零接触，其中注意与线束、传感器保留2 mm间隙，与呼吸器保留5 mm间隙。吸音罩设计方案如图7所示。

图5 怠速工况下1/3倍频程声压级

图6 全负荷工况下倍频程声压级

图7 吸音罩设计方案

底层吸音罩包覆油轨、喷油器，形成密封圈。上层覆盖吸音罩、覆盖整个包覆范围，阻断噪声向外辐射。吸音罩通过螺柱卡扣的连接方式固定在发动机支架上。

将吸音罩模具件实车置于消声室中，在发动机顶部、驾驶员耳旁放置麦克风，进行整车声传函测试[8]。

测试结果表明，发动机总声功率级降低1.3 dB(A)并对多个频带噪声均有作用，有效提高了整车声品质[9]，如图8所示。

图8 发动机总声压级对比图

6 结语

作为发动机声学包件之一，发动机吸音罩集成了隔音降噪、美化前舱、提升整车品质的功能，同时具有开发周期短、经济性、轻量化等特点。本文结合实际工作中的开发案例，梳理了吸音罩的吸音原理、生产工艺，提出了一般吸音罩的开发流程和设计方法。实验证明对发动机端的NVH性能改善效果明显，从而优化了汽车开发的综合效益，使整车的品质更好，为客户提供更舒适的驾驶感受[10]。

[1]古婷. 发动机装饰罩设计方法[J]. 机械，2015（9）：49-52.

[2]操倩. 一种轻质PU隔音垫的设计及应用[J]. 科技创新与应用，2017（30）：115-116.

[3]曾月莲. 聚氨酯硬质泡沫塑料降噪性能的研究[D]. 北京：机械科学研究总院，2007.

[4]沈沉. 汽车隔音垫用聚氨酯软质高回弹泡沫的吸音性能研究[J]. 化学推进剂与高分子材料，2012（10-02）：56-58.

[5]李剑. 某汽油机前端噪音控制的试验研究[J]. 车辆与动力技术，2016（2）：50-52.

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[10]王永锋. 基于多车型离合器开发实践的汽车NVH性能改善研究[J]. 机械，2017（9）：37-41.

Development and Research of a New Type of Engine Decorative Cover

ZHA Liang

( SAIC MOTOR Commercial Vehicle Technical Center, Shanghai 200438, China )

In order to integrate the function of traditional engine decorative cover to beautify the engine cabin, dust and oil proof, and the effect of sound absorption and noise reduction of engine acoustic package, an engine sound absorption hood was designed, and its noise reduction performance was studied through experiments. The structure of he engine sound absorber and the existing engine decorative cover are introduced, and their advantages and disadvantages are compared and analyzed. The microstructure, sound absorption principle and production process of the material used in the engine sound absorber cover are explained.Combining with the development case of real vehicle parts, firstly, the coverage of sound absorber is delimited, and the sheets with different thickness and density are tested and compared to determine the suitable material selection and coating scheme; secondly, considering the requirements of technicality, assembly and noise reduction, 3Dmodel are designed and the soft model verification is made; lastly, the in-vehicle noise experiments were conducted to verify the effectiveness of noise reduction. The test results show that the total sound power level of the engine is reduced by 1.3dB (A) and the noise of multiple frequency bands is effective to improve the sound quality of the vehicle.

sound absorption hood；engine noise；sound arrester；polyurethane (PUR)

U464

A

10.3969/j.issn.1006-0316.2020.05.012

1006－0316 (2020) 05－0075－06

2019－08－13

查亮（1990－），女，江苏南通人，硕士，工程师，主要从事发动机附件开发设计工作，E-mail：ZhaLiang@saicmotor.com。