发动机前端轮系异响问题的分析与整改

□ 胡 广 □ 窦世萌 □ 陈丽霞 □ 白 奎 □ 张彩霞

宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 浙江宁波 315336

当前,客户对汽车各方面的要求越来越严苛,尤其是整车的噪声、振动、声振粗糙度(NVH)性能。发动机噪声方面的要求是客户要求的重点。发动机在使用过程中产生的非正常响声称为异响,异响给驾驶者及乘客带来不佳的感受,需要进行分析解决。

1 异响问题描述

某型号汽车进行发动机动力总成耐久试验,进行到7 000 km时,发现在热机怠速情况下,有连续的“咕噜”异响,发动机熄火后异响消失。

2 异响分析

2.1 异响部位排查

(1)原状态探测。通过听觉辨识异响传出部位为机舱内部。打开机舱后,通过噪声检测设备确认异响源为发动机前端。噪声检测结果如图1所示。

(2)拆除皮带探测。将发动机前端轮系皮带拆除后,对发动机进行噪声、振动、声振粗糙度检测,皮带拆除前后检测结果如图2所示。

通过噪声图谱对比,发现拆除皮带后,高能量区域变小,听觉辨别异响消失。

(3)复装皮带探测。对发动机前端轮系皮带进行复装,再对发动机进行噪声、振动、声振粗糙度检测,检测结果如图3所示。

通过噪声图谱对比,发现皮带复装后,异响重现,能量趋势增强。

(4)频谱对比。发动机前端轮系皮带拆除和复装前后对发动机进行评价,噪声频谱对比如图4所示。

通过噪声频谱对比,皮带拆除前发动机的噪声为60.4 dB,皮带拆除后发动机的噪声降低为51.1 dB,皮带复装后发动机的噪声提高为60.9 dB。

(5)小结。通过对发动机异响部位进行探测,发现异响由发动机前端轮系产生,如图5所示。下一步需要对发动机前端轮系异响源进行排查。

▲图2 皮带拆除前后NVH检测结果

▲图3 皮带复装后NVH检测结果

▲图4 发动机噪声频谱对比

2.2 异响源排查

(1)装配。发动机前端轮系皮带轮、空调压缩机、发电机、张紧器、支架装配正常,无装偏等问题,安装面贴合良好。

(2)力矩。对发动机前端轮系皮带轮、空调压缩机、发电机、张紧器、支架的装配螺栓拧紧力矩进行复核,满足装配要求,无低力矩等松脱问题。

▲图5 发动机前端轮系

(3)轮系共面。通过红外线目视观察,发动机前端轮系皮带轮、空调压缩机、发电机轮槽无错槽问题。通过专用工装检测,共面度满足要求,未超差。

(4)尺寸校核。发动机前端轮系共面性等参数无设计问题。

(5)皮带外观确认。皮带背部及楔面表面完好,无掉皮磨损。皮带楔部宽窄正常,无烧伤等异常。皮带外观如图6所示。

▲图6 皮带外观

(6)皮带楔部齿形轮廓检测。皮带齿形轮廓如图7所示,不同批次齿高对比见表1,检测结果正常。

表1 皮带齿形齿高对比 mm

▲图7 皮带齿形轮廓

(7)皮带尺寸检测。对皮带尺寸进行检测,皮带长度、宽度、厚度、楔高、楔角等参数正常。

(8)发动机前端轮系曲轴皮带轮、空调压缩机、发电机皮带轮的槽宽、槽深、同轴度、跳动等参数均合格,无异常。

(9)张紧器状态检查。张紧器转动顺畅,无卡滞问题,轴承无异响问题。

(10)张紧器带轮表面检查。张紧器带轮表面不平整,存在异常,如图8所示。

▲图8 张紧器带轮表面不平整

(11)张紧器带轮尺寸检测。张紧器带轮直径、跳动、圆柱度、螺栓孔位置度检测均合格,满足要求。

(12)故障复现验证。更换表面平整的张紧器带轮进行台架验证,经过识别和设备探测,异响消失。再更换为原张紧器,异响再次出现。

通过以上分析,排除发动机前端轮系皮带轮、空调压缩机、发电机存在问题,锁定故障零部件为张紧器带轮。异响源分析如图9所示。

▲图9 异响源分析

张紧器带轮采用注塑工艺生产,注塑件冷却时由于塑料收缩不均匀,导致张紧器带轮表面不平整。在发动机前端轮系运行过程中,皮带与表面不平整的张紧器带轮接触,会产生不均匀冲击,从而产生异响。

3 整改对策

对张紧器带轮外圆增加公差精度要求,张紧器带轮外圆的圆度公差控制为不大于0.05 mm。

按整改对策选择五个不同圆度的张紧器带轮和两个极限样件,实测圆度数据见表2。

表2 张紧器带轮实测圆度数据 mm

将整改后的五个张紧器带轮装机后进行实际测试,整改后噪声频谱显示噪声为51～53 dB,整改有效。对两个张紧器带轮极限样件进行实际测试,噪声频谱显示噪声为50～53 dB,整改同样有效。

4 结束语

对发动机前端轮系异响问题进行排查,需要使用专业设备对异响位置进行分析,锁定异响源。通过对异响源进行差异对比验证,发现张紧器带轮外圆圆度超差是导致异响的主要因素。圆度超差越大,异响越严重。控制圆度公差精度在一定范围内,可消除异响问题。后续设计通过对张紧器带轮圆度进行控制,消除了发动机前端轮系异响问题。