某车型发动机正时系统goose噪声分析与改进

陈洪方　王建秋　刘全　王博

摘 要：随着客户对整车舒适性的要求越来越高，汽车制造商在整车NVH性能方面也正面临着越来越严峻的挑战。文章主要以某一车型发动机正时系统goose噪声问题改善为案例，阐述了goose噪声产生的机理，影响因素，解决措施及改善效果。关键词：发动机;正时系统;噪声中图分类号：U462.3  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）11-106-04

Abstract： With the increasing demand of customers for vehicle comfort， automobile manufacturers are facing more and more severe challenges in NVH performance. With the case of solving engine timing system goose noise issue for some vehicle， this paper describes the mechanism of goose noise generation， influencing factors， optimization proposals and effect. Keywords： Engine; Timing system; NoiseCLC NO.： U462.3  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）11-106-04

1 引言

随着汽车工业的迅速发展和汽车产品技术的不断提高，客户对整车舒适性的要求越来越高，汽车制造商在整车NVH性能方面也正面临着越来越严峻的挑战。发动机作为汽车的核心，发动机NVH性能对整车NVH表现有着重要的影响。由于正时皮带结构简单、轻量化、成本低、加工和维护方便的特点被广泛应用于发动机正时传动系统，但正时带传动噪声依然是发动机的主要噪声。本文主要是就某车型正时系统goose噪聲问题解决案例阐述goose噪声产生的原因、影响因素及其改进提升方案。

2 产生机理

正时带传动系统噪声类型主要有皮带与齿轮的啮合噪声、皮带摆动噪声、正时轮系摩擦噪声、正时轮系共振噪声等[1]。影响正时带传动噪声的因素比较复杂，正时系统goose噪声是正时系统皮带抖动（频率400-600Hz） 与悬置支架600Hz的模态耦合共振产生噪声激励，结构噪声通过悬置传递到车身，车内便会听到goose声，主要在怠速工况表现较为明显。

3 影响因素排查

3.1 异响源确认

如图1所示，根据测试数据分析测试标记点每间隔约0.43s～0.44s规律性地出现一次较大冲击。

某款发动机正时系统皮带齿数为130齿，驱动轮齿齿数为21齿，怠速转速为840±20rpm，驱动轮每转一圈时间1/840·60=0.0714s，驱动轮每齿运转间隔时间0.0714/21= 0.0034s，皮带与驱动轮转速关系为130/21=6.2，0.44s对应驱动轮转动圈数为0.44/0.0714=6.2r，因此测试数据中每0.43s～0.44s出现的一次冲击为皮带转动一圈产生的一次激励。

在发动机缸盖、悬置被动侧、车内驾驶员右耳侧布点进行振动噪声测量。测试结果如图2所示，车辆A（编号Cs063001）缸盖X向振动为2.2 m/s?，车辆B（编号Cs063291）缸盖X向振动为0.85 m/ s?，车辆A车内噪声600Hz为19.5dB（A），车辆B车内噪声600Hz为13.7dB（A），异响车辆振动为正常车辆振动2.5倍，证明goose噪声与发动机振动相关。

3.2 发动机正时系统装配影响

调取问题发生期间正时系统惰轮支架、VVT、张紧器等零部件装配力矩并对其过程能力进行分析，如图3、图4、图5所示，Cpk均大于1.33，趋势平稳、无异常。

正时皮带张紧力在冷试和热试后较初始装配状态均有下降趋势，但正时皮带初始张紧力和振动幅值没有明显的对应关系，如图6所示。张紧器装配工艺调整验证，对goose噪声略有改善。装配工艺调整后，振动均值由0.8 m/ s?降至0.71 m/ s?，峰值最大由1.14 m/ s?降低至0.99 m/ s?。

3.3 发动机正时系统零部件质量影响

台架振动表现好（19年批次）与表现差（18年批次）不同批次的正时皮带进行ABA验证，振动表现跟随皮带转移。如图7所示，装配19年批次皮带振动幅值RMS优于装配18年批次皮带，RMS均值相差0.23m/ s?。通过对正时皮带全尺寸检测数据对比分析，最终确定goose噪声与皮带宽度、摆动值强相关，结果如图8所示。18年和19年批次正时皮带尺寸均满足要求，但19年主动端振动值较小的批次皮带宽度更接近下差。正时系统VVT、TVD带轮、张紧器、正时惰轮等零部件ABA验证对振动无影响。

3.4 发动机怠速转速影响

某款发动机按照标定控制逻辑，怠速转速随着气压及环境温度变化，热机怠速转速在750～900rpm之间变化。如图9所示，同一车辆不同怠速转速下NVH测试表明随怠速转速升高，goose噪声会变大。同时同一环境条件下对发动机怠速燃烧稳定性进行监测怠速燃烧稳定，怠速转速波动在±10rpm以内。

3.5 整车传递路径影响

车内goose噪声与本体振动有一定对应关系，发动机goose频段振动源小车内噪声小，发动机goose频段振动源大车内噪声大，但部分车辆发动机goose频段振动源小车内噪声反而大。如图10所示，对7台试验车辆测试样本数据分析，1-4号本体振动幅值小，车内goose噪声小，5号本体振动幅值大，车内goose噪声大，6、7号本体振动幅值在1-4号振动幅值范围内，但车内goose噪声明显大于36dB（A）。发动机goose频段振动正常，车内噪音大，说明车内goose噪声大小一定程度上受传递路径强影响。

如图11所示，对4台goose噪声不同表现车辆发动机本体（缸盖与悬置支架安装点位置）、悬置主动侧、悬置被动侧、车内噪声进行测试对比：

（1）本体goose频率幅值在结构上由悬置主动侧支架放大50%以上。

（2）悬置被动侧振动幅值增减趋势同主动侧振动幅值，主动侧振动幅值大，被动侧响应大。

（3）车内goose声大小基本与被动侧响应相关，被动侧振动幅值低，车内goose噪声小。

4 解决措施

4.1 张紧器装配工艺优化

为防止张紧器加载不到位造成皮带齿形啮合不好，通过正时系统装配工艺对标对张紧器装配工艺进行优化调整。由原装配工艺涨紧器调整到最大张紧位置时拧紧VVT螺栓，调整涨紧器指针到0°位置，拧紧张紧器，优化为涨紧器调整到最大张紧位置时拧紧VVT螺栓，调整涨紧器指针到0°～?9°，再将指针调整到+3°度位置，拧紧张紧器。同时为有利于工艺装配对张紧轮安装面垂直度及惰轮安装面垂直度进行加严控制。统计工艺优化调整前后发动机振动数据各100台次，振动幅值0.9 m/ s?以上的比例由10%降到1.1%。

4.2 正时皮带一致性控制

根据以上影响因素调查发现的不同批次皮带参数差异，对正时皮带参数进行如下优化：①皮带背部精磨控制，waviness≤0.06;②皮带摆动量控制，摆动量≤1mm;③皮带宽度由23±0.5mm更改為22.85±0.35mm。

皮带改进前后发动机本体振动测试对比，如表1所示，改进后振动幅值平均可降低0.18 m/ s?，车内goose噪声较控制前降低2dB（A）以上。

4.3 传递路径

由影响因素排查知选悬置支架是goose噪声传递的主要结构路径，因此优化传递路径主要从避开共振频率考虑。通过对悬置加重量不同的配重块测试验证[2]，最终选择悬置增加1Kg质量配重块方案，改进效果如图12所示，右悬置被动侧降低至0.16 m/ s?，车内goose噪声降低3.7dB（A），改善效果明显。

5 结论

（1）正时系统goose噪声受正时系统装配、正时皮带参数控制、发动机怠速转速、传递路径等诸多因素影响。

（2）发动机正时皮带宽度、摆动量等参数是影响goose噪声的重要因素，开发阶段应针对这些参数设计DOE匹配试验，选定最优参数[3]。

（3）悬置支架是goose噪声传递的主要结构路径，从方案效果、实施周期及成本考虑，不失为一较优选择。

（4）正时系统goose噪声与发动机怠速转速有一定关系，但标定控制策略调整将影响整车动力性、经济性及排放，本文所述案例未采用此措施，在后续新项目开发过程中应借鉴此经验进行规避。

参考文献

[1] 欧阳彩云等.发动机正时皮带噪声分析与改进[J].汽车实用技术. 2016.

[2] 赵彤航.基于传递路径分析的汽车车内噪声识别与控制[D].长春：吉林大学.2008.

[3] 庞剑等.汽车噪声与振动. 理论与应用.北京：北京理工大学出版社. 2016.