发动机前端附件系统对NVH的影响

黄蔚　冯应超　曾凡淦

摘 要：近年来汽车的NVH问题已经是用户抱怨的主要问题之一，而发动机前端附件系统对整车NVH性能的影响比较大。本文从皮带刚度对NVH的影响、支架模态对NVH的影响、发动机前端附件的隔振措施、各附件带轮对齐度对NVH的影响、发动机前端附件系统子零件的公差对NVH的影响、发动机前端附件系统参数衰减对NVH的影响等方面做了相关的研究与分析。

关键词：发动机前端附件系统 NVH 皮带 支架 发电机解耦器 自动张紧轮

1 引言

随着汽车的普及，用户越来越关注汽车的舒适性，近年来汽车的NVH问题已经是用户抱怨的主要问题之一。主机厂都在重点关注并改善整車NVH性能。发动机前端附件系统是将发动机功率、扭矩传递到发动机前端（空调、水泵、发电机等）的一个系统，对整车NVH性能的影响比较大。

2 发动机前端附件系统与NVH的关系

发动机前端附件系统在运行中存在抖动、振动、滑移等状态，而这些运动状态控制不好，则会出现无法接受的NVH问题。在设计中，通过合理的布置及前期CAE分析可以使发动机前端附件系统满足功能需求，但是仍需从下面几方面考虑优化、提升NVH性能。

2.1 皮带刚度对NVH的影响

皮带刚度对皮带抖动和系统振动影响较大，如下是一款车型附件皮带使用聚酯皮带（低刚度）和使用芳纶皮带（高刚度）的NVH性能差异，声音测试位置为驾驶员耳部。

如上测试结果显示：使用聚酯皮带时高频声音明显要比使用芳纶皮带时粗糙，且单频声音明显增多。

芳纶皮带刚度大，通常表现都优于聚酯皮带;一般发动机前端附件系统在使用芳纶皮带时比使用聚酯皮带时运行更加稳定，NVH效果更优。在三缸机、直喷发动机或NVH要求较高的车型中，建议优先使用芳纶皮带进行系统设计开发。

2.2 支架模态对NVH的影响

如在设计发动机前端附件安装支架时没有注意到模态控制，会导致附件在发动机运行过程中出现共振，影响到NVH性能。如下是一款车型的实测数据，声音测试位置为驾驶员耳部。

如上测试结果显示：在压缩机支架模态为200Hz时，存在明显共振带;在压缩机支架模态为400Hz时，共振带明显减弱，声压总级表现为整体降低。为避免与发动机上其他零件发生共振，建议发动机前端附件支架的模态不低于400Hz。

2.3 发动机前端附件的隔振措施

发动机前端附件的振动激励主要来源于发动机转速的不均匀性，理论上只要将发动机的转速不均匀性隔离就可以解决发动机前端附件的NVH问题。现从如下两个方面介绍隔振措施。

2.3.1 发电机解耦器

因发电机转速高（通常是发动机转速的2-3倍）、转动惯量大，所以发电机是影响发动机前端附件系统稳定的主要因素。发电机解耦器是一个能阻隔部分发动机转速不均匀性传递到发电机上的产品，可以有效的优化发动机前端附件系统的工作环境，提升NVH性能，如下是带发电机解耦器和不带发电机解耦器的整车NVH差异，声音测试位置为驾驶员耳部。

通过如上测试数据可知，在发动机1100转以下使用发电机解耦器可以降低车内加速噪音降低5dB以上，改善效果极其明显。所以在NVH要求高或NVH异常恶劣的车型上建议使用发电机解耦器。同时使用发电机解耦器还可降低发动机前端附件系统的张紧力，可进一步改善系统工作环境，降低油耗。

2.3.2 曲轴隔振带轮

曲轴隔振带轮可直接从输入端大幅的阻隔发动机转速不均匀性，可极大程度的提升NVH性能和降低发动机前端附件系统的张紧力。与发电机解耦器相比，曲轴隔振带轮隔振效果更优，成本更高;在NVH要求极高或系统问题无法解决的车辆上可以考虑。

2.4 各附件带轮对齐度对NVH的影响

附件带轮的平面度差是皮带跳动异响的根本原因，这就需要我们不断改善发动机前端附件系统的带轮平面度，这样可直接有效的消除皮带跳动异响。

建议皮带不对齐度不超过0.7°。所有附件带轮平面度的公差均需依此要求来计算，如制造无法满足要求，则需在附件、附件支架安装位置增加定位销，用于减小装配公差。

公差计算公式为：

公差=跨度×0.7°÷360°×3.14

如公式所示，皮带跨度越长，允许的公差越大，在设计中皮带跨度不得过小。当皮带跨度为75mm时，带轮平面度公差在0.46mm左右，已比较难控制;所以不建议跨度过小，特别是进入槽轮段的皮带跨度，需重点关注。

2.5 发动机前端附件系统子零件的公差对NVH的影响

自动张紧轮扭矩的波动、自动张紧轮阻尼的波动、皮带刚度的波动，均会导致发动机前端附件系统的NVH出现较大差异。所以为了保证系统的稳定性，应该在制造能力达到要求的情况下，提高自动张紧轮扭矩、阻尼和皮带刚度的公差水平。

2.5.1 自动张紧轮扭矩公差

目前业内自动张紧轮名义位置的扭矩公差多按±15%来控制，按目前制造水平，该公差要求已偏大，可适当调整。

2.5.2 自动张紧轮阻尼公差

阻尼是自动张紧轮最难控制的参数，目前多按±15%来控制，建议适当调整、优化。

2.5.3 皮带刚度信息

在2.1中已经说过刚度对NVH的影响趋势，这里说的是刚度的稳定性;刚度波动越小，系统的一致性越高。

定负荷延伸率是皮带刚度的具体表现。现在很多皮带厂家对于皮带定负荷延伸率均按小于3%控制;但主流厂家的控制水平已优于3%，可依据生产制造水平适当调整该参数。

平均刚度（也称作拉伸刚度）计算公式：E（rib）=F/ε=F/（Δl/l）=250N/定负荷伸长率，单位N/rib。

定负荷延伸率：在250N/楔的情况下测量皮带长度，此长度与实际长度的变化率即定负荷延伸率。

2.6 发动机前端附件系统参数衰减对NVH的影响

2.6.1 自动张紧轮扭矩衰减

自动张紧轮在使用中会扭矩会逐渐衰减，如衰减过大会导致异响，所以在设计过程中需要对衰减量做一个控制，一般按衰减不大于15%来控制。在系统测试中，应该按设计中的下限扭矩并再衰减15%后的值制造极限样件，来进行系统测试。随着制造和设计能力的提升衰减量应该逐渐减小，这可有效的提高发动机前端附件系统的稳定性。

2.6.2 皮带伸长率

皮带在使用中会磨损，并伸长，如伸长量过大，也会导致异响。所以在设计中需特别关注皮带伸长率。在系统测试中，应该按设计中的最长值再加上伸长率制造极限样件，来进行系统测试。极限自动张紧轮与极限皮带共同进行系统测试，且无问题，才说明系统设计是满足要求的。

2.6.3 轴承磨损

因发动机前端附件系统一直在高速运转，且发动机仓温度高，工作环境恶劣（泥水、沙石等），所以附件轴承异响也是发动机前端附件异响中的一个高发问题。首先，在设计中需要核算各附件轴承的寿命，需满足整车设计寿命要求;其次，需对轴承密封性（即防尘防水性能）做要求，耐久试验后需检查轴承油脂消耗率，其油脂消耗率需满足轴承的相关控制要求。

3 总结

本文主要对于发动机前端附件系统易出现的NVH问题做了相关的分析，并对相关问题做出了相应的建议，对整个发动机前端附件系统的设计开发具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]王二化，吴波，胡友民，杨叔子.考虑OAP影响的汽车发动机FEAD系统动力学特性研究.机械传动.2018，42（12）.

[2]徐立强，李凯，高东东.某三缸机FEAD振动控制匹配分析与验证.内燃机.2019，（03）.