降低某发动机怠速噪声

崔庆涛 马志杰 方顺亭

摘要：本文通过对某汽油机怠速噪声大问题进行测试分析，得出该汽油机正时系统噪声突出，针对正时系统噪声问题进行了专项调查和分析验证，最终在降低正时系统噪声基础上，降低了整机怠速噪声，为提升整机声品质、提高整车舒适性作出了相应的贡献。

关键词：汽油机;怠速噪声;正时系统

中图分类号：U464.171                                  文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）07-0062-03

0  引言

根据福特汽车公司统计，整车约有1/3的故障和车辆的NVH问题有关;丰田、通用、大众等各大公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆NVH问题上。随着客户对舒适性要求的日益提升，整车噪声一直是客户关注的焦点。尤其是发动机的噪声表现对主机厂的销量和品牌形象有着重要意义。

某主机厂通过委托独立第三方咨询公司调查，该主机厂某发动机怠速噪声大位居发动机系统问题TOP2。优化该款发动机怠速噪声迫在眉睫。

1  现状调查

在消声室对该发动机进行噪声测试分析，结果表明：该发动机怠速噪声声压级66.5dB（A），比竞品大3.7dB（A），降低其怠速噪声值刻不容缓！

采集发动机本体四方（上方、前方、进气侧、排气侧）噪声，噪声曲线对比发现，发动机前方、排气侧、进气侧以及上方，在315Hz频段都产生噪声凸起。

对怠速噪声频谱分析发现，315Hz频段噪声声压级达到63.6dB（A），对整机噪声贡献度达90%，是怠速发动机的主要声源，如图1所示。由于噪声声压级是对数处理的，降低噪声水平，必须对主要噪声源进行优化。

使用声源定位装置，对发动机前方、排气侧进行声源定位测试，发现前方、排气侧315Hz声源定位均指向发动机正时系统，即315Hz频段噪声为发动机正时系统发出，如图2所示，主要向前方、排气侧辐射导致。

因此，正时系统315Hz频段噪声是发动机怠速噪声大的主要症结所在。

2  原因分析

根据噪声产生机理，噪声是由激励源通过传动路径产生的响应。

对于正时系统存在315Hz的噪声峰值，应是正时传动过程中产生偏大激励，通过正时系统（含盖板）及缸体结构传递路径，综合作用产生。

所以，问题症结可能是正时激励过大，也可能是传递路径存在315Hz左右的固有频率，对该频率段激励进行响应放大（主动降噪），如图3所示;同时，也可能传递路径的隔声性能较差引起（被动降噪）。

该发动机的正时系统主要由曲轴正时驱动齿轮提供扭矩，通过正时皮带在惰轮和张紧器压紧，带动进气调节齿轮和排气调节齿轮运转，使进/排气凸轮轴根据ECU控制策略进行工作运转;由于正时系统高速运转，为保证设备和人员安全，以及隔声要求，需要在外部增加正时盖板。

因此，对于传递路径，可分为结构传播和空气传播两部分：

结构传播——正时盖板（从布置空间和成本考虑设计采用塑料正时盖板，刚度偏低）、正时皮带可能存在315Hz固有频率，产生共振。

空气传播——正时系统密封差，315Hz频段噪声泄露。

3  要因确认

综合以上分析，根据正时系统的结构原理，本文重点研究传递路径方对正时系统噪声的影响。

在消声室进行改变盖板固定螺栓个数的单因子方差分析试验，分析方法为：因子X为盖板螺栓个数;因子水平：2个螺栓、3个螺栓、4个螺栓;响应Y为正时系统315Hz频段噪声;建立假设：原假设H0：μ=μ1=μ2;备选假设H1：至少有一对μi≠μj。

检验结果表明，P值都大于0.05，即各样本数据相互独立，服从正态分布，且样本总体方差相等，故满足单因子方差分析条件。

进一步分析P值=0.000小于0.05，拒绝原假设，即更改正时盖板的螺栓个数，噪声均值有明显变化，如图4所示，即正时盖板刚度对正时系统噪声有影响，需对正时盖板刚度进行整改验证。

根据声学知识，传损与开孔率的关系如图5所示，密封越好，隔声性能越佳，孔隙率大于1%，正时系统无隔声作用，则确认为要因。

现场检查盖板设计，其孔隙率6.75%（完全密封面800mm2，未密封面54mm2），无隔声作用，且导致正时315Hz频段噪声外泄，该因素为要因，需同步对正时盖板密封进行整改优化。

4  整改验证

4.1 优化正时盖板结构设计

正时盖板设计成整体式，上盖板处增加螺栓孔位，如图6和图7所示，任意抽取五例优化后正时盖板，分别测试其固有频率，结果表明各样件固有频率均在450Hz左右，高出315Hz，有效避免了正时盖板结构共振。

4.2 正时盖板完全密封

修改图纸，增大缸盖和后盖板接触法兰面，如图8所示，任意抽取五台样机，分别测试其盖板处隔声量，结果表明，正时盖板漏声孔消除后，盖板隔声量均在3.5dB（A）左右。

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5  总结

5.1 正时系统噪声检查

综合以上应用方案，对优化后315Hz频段噪声进行效果检查，测试结果优化后发动机315Hz频段噪声从63.6dB（A）降到54.0dB（A），实际下降9.6dB（A），如图9所示。

5.2 整机噪声检查

任意抽取五台优化后发动机进行噪声复测，优化后发动机怠速噪声平均从66.5dB（A）降到61.0dB（A），实际下降5.5dB（A），如图10所示。

本文通过对某汽油机怠速噪声大问题进行测试分析，得出该汽油机正时系统噪声突出，针对正时系统噪声问题进行了专项调查和分析验证，最终在降低正时系统噪声基础上，降低了整机怠速噪声，为提升整机声品质、提高整车舒适性作出了相应的贡献。

参考文献：

[1]龐剑.汽车噪声与振动[M].北京：北京理工大学出版社，2006.

[2]陈楠.汽车振动与噪声控制[M].北京：人民交通出版社，2005.

[3]丁艳平.发动机正时皮带噪声分析与改进[J].汽车技术，2015.