关于VVT 噪声改善方法的研究

温龙轩 罗秋萍 郭 强 易世雄

（1-宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 浙江 宁波 315336 2-浙江吉利动力总成有限公司）

引言

为了节能减排满足国六政策，可变气门正时技术（Variable Valve Timing，VVT）成为发动机的标配。这项关键技术可以调节发动机进气门和排气门的开启与关闭时刻，达到最优的配气正时相位，既可以降低油耗，节省能源，又能降低排放[1]。然而，除了节能减排外，车辆的NVH 性能已经成为消费者购车考虑的一项重要因素。VVT 作为重要的结构运动件，其NVH性能也逐渐被大家关注。因此，研究可变气门正时这项关键技术NVH 性能的改善方法具有重要意义。

VVT 若功能失效，转子无法根据ECU 命令调节至准确位置时，定转子不断撞击会产生金属拍打噪声；同时，因凸轮轴相位异常导致的不正常燃烧也会产生较大异响。液压驱动的VVT 作为变化相位的执行器，受电控信号、油路油压、配气正时系统受力等多方面因素影响，即使VVT 功能正常，仍会产生不可接受的噪声。本文主要研究内容是液压VVT 调节功能正常时，改善VVT 的NVH 性能的方法。目的是通过优化VVT 结构和油路布置提高VVT 的NVH 性能。

1 液压VVT 工作原理

图1 所示为液压VVT 结构图。

图1 液压VVT 结构

液压VVT 的组成部分有油腔盖板、驱动链轮、零位锁止销、定子部分、转子部分。定子部分在中心通过螺栓与驱动链轮、油腔盖板固定，转子通过中心螺栓与凸轮轴固定。VVT 在初始位置时（即凸轮相位在零位），零位锁销将定子机构和转子部分连接在一起。当VVT 调节凸轮相位时候，EMS 控制OCV 将VVT 的A 腔充油，机油进入锁销油路，将锁销顶起。A 腔油压将转子推离初始位置实现相位调节。当VVT 回位时，在B 腔油压、卷簧力、惯性力等作用下，转子回到初始位置。A 腔油压低于起销压力时，锁销落入锁销孔[2-3]。

2 VVT 噪声产生机理

本文仅研究VVT 调节功能正常时的噪声产生机理。

VVT 为了更好地回位与起销，锁销与锁销槽存在配合间隙，这一间隙无法消除。锁销与锁销槽撞击噪声与配合间隙呈正相关。当VVT 处于锁止零位时，因发动机油压存在微小波动，转子受到的推力也在不断变化，因此锁销将在锁销槽中不断撞击产生噪声，转子叶片也不断撞击定子。

VVT 为了平衡凸轮轴转矩，提高响应速度和确保回位，需要增加卷簧。转子运动时带动卷簧振动，容易和其他系统产生共振。因此本文我们研究通过缓冲定转子撞击，锁销与锁销槽撞击，降低撞击能量，避开共振带等方式来改善VVT 的NVH 性能。

3 改善VVT 噪声的方法

3.1 优化定转子结构

将图2 所示的分体式VVT 改为图3 所示的整体式VVT。

图2 分体式VVT

图3 整体式VVT

如图2 所示，原设计的VVT 叶片采用分体式，即叶片和转子本体分开，叶片和转子为间隙配合。在油压有微小波动时候，叶片与转子会有明显的敲击声。新设计的图3 所示的VVT 采用整体式，将叶片和转子本体做成整体，即解决了叶片敲击的噪声问题，也降低了成本。为评估这一影响特别使用2 种结构的VVT 进行了怠速NVH 测试，结果如图4 所示。整体式VVT 怠速敲击能量减小，主观评价冷机启动噪声时间缩短，即整体式VVT 可以有效改善VVT 敲击声。

3.2 定转子增加缓冲槽

VVT 在锁止零位时，转子和定子靠在一起。同时转子受油压波动和凸轮轴扭振影响不断撞击定子。为减小这种撞击，定子与转子结构上增加缓冲槽（如图5 所示）。当发动机启动时，油腔充满机油后，转子撞击定子时受缓冲槽油压作用，敲击能量被缓冲，怠速噪声会得到改善。同时，缓冲槽中的机油可以泄露较缓慢，在下次启动时可以起到油膜作用，可以改善冷机启动噪声。

本文将定转子无缓冲槽（样件1）和有缓冲槽（样件2）2 种结构的VVT 分别进行噪声试验。试验结果如图6、图7 所示。可以看出定转子增加缓冲槽的结构使某发动机的怠速在问题频率350～550 Hz 降低约6 dB(A)，敲击能量减小，可以有效改善VVT 噪声。

图4 分体式VVT 与整体式VVT 敲击能量对比

图5 定转子增加缓冲槽

图6 定转子无缓冲槽与定转子有缓冲槽对VVT 噪声影响

3.3 减小锁销间隙

图7 定转子无缓冲槽与定转子有缓冲槽VVT 敲击能量对比

液压VVT 在初始位置或停机起动时，需要通过锁销机构固定转子（此时油压较低或无油压）。转子受凸轮轴扭振与油压波动的影响而微小转动。由于锁止间隙的存在，锁销与锁销槽在不断相互撞击。为了控制锁销间隙，目前VVT 生产厂家主要有2 种方式：传统的是通过锁销直径和锁销槽的孔径精度来保证锁销间隙，使其配合间隙即为锁销间隙；另一种方式是采用设备，将锁销与锁销槽一边靠死后，转子一边与定子靠死，再转动所需要的角度即为锁销间隙。这种方式可以快速实现锁销间隙定制与锁销间隙公差，提高了精度。

如图8 所示，本研究制作了0.2°锁止间隙的VVT 与原状态0.9°锁销间隙的VVT 对比，由图可得，缩小锁止间隙可以有效减小锁销与锁销槽的撞击声。

图8 锁销间隙0.9°与锁销间隙0.2°VVT 敲击NVH 对比

但是锁销间隙太小，容易出现解锁失败与无法落锁问题。我们可以通过台阶销与锥销结构，缩小锁止间隙的同时也能避免解锁与落锁失败的现象。

3.4 缸盖油路增加单向阀

顶置发动机VVT 一般处于油路布置较远端，发动机停机后，供油至VVT 油腔需较长时间。尤其是夏天，发动机停机后回油较快，放置长时间后，VVT的AB 腔无机油，冷机启动时油压未建立，易产生撞击声。因此本文考虑了在缸盖供给VVT 油路处增加单向阀，减缓VVT 机油泄出速度，提高启动时VVT的充油速度。

如图9 所示，缸盖增加单向阀后，发动机放置一夜后首次启动VVT，VVT 敲击噪声明显减小。

3.5 其他方法

3.5.1 更改卷簧模态

VVT 为了改善调节速度与使排气VVT 回位而增加卷簧。当转子在不断地转动中带动卷簧运动。当正时系统固有频率和卷簧固有频率相同时，卷簧会产生较大的振动，轻则影响VVT 的噪声，重则卷簧固定套脱出，导致VVT 失效[4]，因此需要考虑避开正时系统的共振带进行设计。

图9 油路无单向阀与油路有单向阀VVT 敲击能量对比

3.5.2 更改非锁销转子叶片的油路开度

如图10 所示，油口开度随着转子的运动会发生变化，当转子运动临界极限值的位置时，非锁销转子叶片上的油口相对于定子的开度将＜50%，控制机油泄出速度，减缓转子和定子的碰撞，从而减少调节过程中的NVH。

图10 VVT 油路示意图

3.5.3 双叶片接触改单叶片接触

因VVT 噪声一般都是低频率段，双叶片接触变为单叶片接触，接触噪声频率变高。有可能不能穿透，无法听到噪声。

4 结论

1）将分体式转子优化为整体式转子，可以有效改善冷机启动和怠速敲击噪声。

2）定转子增加缓冲槽，缓冲槽中机油可以减缓撞击，减少敲击噪声。

3）减小锁销间隙可以改善敲击噪声。

4）缸盖上供VVT 机油的油路上增加单向阀，减缓机油泄露，可有效提高冷起动NVH 性能。

5）其他方法如更换卷簧模态、转子叶片油路开度、定转子接触叶片数等可以改善VVT 噪声。