郭彥豆，蒙文瑯，張世珍，黃祥慶

（柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司，廣西 柳州 545005）

0 引言

汽車(chē)是數(shù)量最多、普及最廣、活動(dòng)范圍最廣泛、運(yùn)輸量最大且最重要的現(xiàn)代化陸地交通工具[1]。汽車(chē)按動(dòng)力裝置分類(lèi)可分為內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)，而電動(dòng)汽車(chē)又有一種車(chē)型稱(chēng)為復(fù)合式汽車(chē)（HEV）[2]。本研究的某乘用車(chē)就屬于復(fù)合式汽車(chē)，動(dòng)力裝置是由一臺(tái)LJM20汽油發(fā)動(dòng)機(jī)和一臺(tái)電機(jī)組成，發(fā)動(dòng)機(jī)可向驅(qū)動(dòng)汽車(chē)的電機(jī)供電外，還可在汽車(chē)高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)直接參與驅(qū)動(dòng)。某乘用車(chē)在怠速充電及0油門(mén)蠕行充電等工況時(shí)存在明顯動(dòng)力總成敲擊噪聲（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“咕咕聲”），該咕咕聲會(huì)極大影響到人們的駕駛性、體驗(yàn)感，需要解決消除咕咕聲。通過(guò)對(duì)問(wèn)題點(diǎn)的排查及改進(jìn)過(guò)程，解決了發(fā)動(dòng)機(jī)咕咕聲問(wèn)題，不僅使提高了人們的駕駛體驗(yàn)感，也能夠?yàn)楹罄m(xù)發(fā)動(dòng)機(jī)NVH性能開(kāi)發(fā)提供了借鑒。

1 咕咕聲現(xiàn)象問(wèn)題分析

1.1 整車(chē)級(jí)別問(wèn)題調(diào)查

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)匹配整車(chē)進(jìn)行NVH測(cè)試，在駕駛室內(nèi)存在咕咕聲問(wèn)題，部分車(chē)表現(xiàn)嚴(yán)重，部分車(chē)表現(xiàn)輕微。使用NVH測(cè)試設(shè)備對(duì)整車(chē)進(jìn)行客觀測(cè)試，在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速1050 r/min，功率分別為5 kW/3 kW/1 kW時(shí)的表現(xiàn)，在進(jìn)行5 kW充電測(cè)試時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)所發(fā)出“咕顯著聲最為嚴(yán)重，3 kW/1 kW工況次之，空載咕咕聲可接受。對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波回放，敲擊噪聲頻帶主要集中在230～330 Hz。

繼續(xù)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)數(shù)據(jù)分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)第四缸（發(fā)動(dòng)機(jī)與耦合器結(jié)合面一側(cè)）位置Y向振動(dòng)在230～330 Hz振動(dòng)最為明顯，聲音回放特征最為清晰（圖1），X為整車(chē)前后行駛方向，Y為整車(chē)左右方向，Z為整車(chē)上下方向，發(fā)動(dòng)機(jī)在整車(chē)是前置橫置布置（圖2），即Y向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)曲軸軸向方向。針對(duì)第四缸Y向信號(hào)做230～330 Hz濾波后發(fā)現(xiàn)敲擊間隔約為0.114 s，對(duì)應(yīng)四缸機(jī)1050 r/min 0.5階激勵(lì)，即1050 r/min下4個(gè)缸一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間（1/（1050/60）*2=0.114 s）（圖3），因此，初步判定咕咕聲來(lái)源與發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向振動(dòng)以及第四缸做功沖程時(shí)的激勵(lì)響應(yīng)相關(guān)。

圖1 振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果（第四缸Y向振動(dòng)較大且在頻率230～330下表現(xiàn)較大）

圖2 X、Y、Z方向示意圖（Y向?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸軸向）

圖3 濾波圖（突出部分間隔時(shí)間與發(fā)動(dòng)機(jī)1050 r/min下4個(gè)缸一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間一致）

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)單機(jī)NVH臺(tái)架測(cè)試

對(duì)隨機(jī)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)單機(jī)在NVH臺(tái)架進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)分析，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1050 r/min、功率5 kW測(cè)試后，對(duì)第四缸Y向振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行回放分析，敲擊特征極為明顯，敲擊間隔為0.114 s（圖4），對(duì)應(yīng)四缸機(jī)轉(zhuǎn)速1050 r/min、0.5階激勵(lì)，與在整車(chē)測(cè)試時(shí)的表現(xiàn)相符。

圖4 濾波圖（與整車(chē)測(cè)試發(fā)生的間隔時(shí)間一致）

測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)反拖工況下的振動(dòng)情況，（反拖是指發(fā)動(dòng)機(jī)不點(diǎn)火不噴油不作功，由臺(tái)架測(cè)功機(jī)帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，分別在轉(zhuǎn)速1050 r/min，發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門(mén)打開(kāi)0%及打開(kāi)100%的工況測(cè)量），發(fā)動(dòng)機(jī)均無(wú)咕咕聲表現(xiàn)，各缸振動(dòng)無(wú)明顯規(guī)律（圖5），由此判斷咕咕聲與發(fā)動(dòng)機(jī)做功沖程有很大關(guān)系。

圖5 反拖工況下第四缸節(jié)氣門(mén)打開(kāi)0%和100%的振動(dòng)情況，振動(dòng)均無(wú)明顯規(guī)律

1.3 其他發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)型測(cè)試對(duì)比

在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1050 r/min、功率5 kW的工況下測(cè)量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，其他排量的四缸機(jī)均有類(lèi)似的特征表現(xiàn)（圖6），因幅值大小有所差異，所以有些發(fā)動(dòng)機(jī)未識(shí)別到該咕咕聲。

圖6 其它機(jī)型測(cè)試情況，同樣存在一樣間隔時(shí)間的敲擊聲

2 方案措施驗(yàn)證及實(shí)施

通過(guò)以上調(diào)查分析的情況，針對(duì)第四缸缸體震動(dòng)與聲音傳遞規(guī)律，采取以下5個(gè)方案進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證方案見(jiàn)表1所列。

表1 方案說(shuō)明

2.1 方案一：更換油底殼

原狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)（沖壓件油底殼）和新?tīng)顟B(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)（鑄鋁件油底殼）測(cè)試結(jié)果對(duì)比如圖7所示。

圖7 駕駛室內(nèi)咕咕聲濾波頻率230Hz～330Hz后調(diào)質(zhì)處理（分貝對(duì)比）

從測(cè)量結(jié)果看，新?tīng)顟B(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)有所改善，整體分貝降了約1 dB。新?tīng)顟B(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)相對(duì)原狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī)，油底殼由沖壓件改為鑄鋁件，是為了在油底殼后端上增加安裝孔，使發(fā)動(dòng)機(jī)與耦合器增加固定點(diǎn)（圖8），提高了動(dòng)力總成的一階模態(tài)（表2）。

表2 一階模態(tài)結(jié)果（單位Hz）

圖8 增加固定位置說(shuō)明

2.2 方案二、方案三、方案四共3個(gè)方案驗(yàn)證對(duì)比

按油底殼更改的方向，對(duì)以下零件進(jìn)行更改驗(yàn)證。以下方案測(cè)試，以鑄鋁件油底殼發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)量原地怠速1050 r/min，功率3 kW下的咕咕聲（該工況在整車(chē)較容易進(jìn)行測(cè)試），通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)在頻率230 Hz～330 Hz范圍內(nèi)濾波，以聲音分貝大小進(jìn)行評(píng)判。

2.2.1 方案二：進(jìn)氣歧管模態(tài)提升

在以下位置增加兩個(gè)支架固定進(jìn)氣歧管與缸體的連接，如圖9所示。

圖9 進(jìn)氣歧管增加固定點(diǎn)方案

增加兩個(gè)支架固定后，進(jìn)氣歧管一階模態(tài)增加約40 Hz（表3）。

2.2.2 方案三：增加發(fā)動(dòng)機(jī)與耦合器的連接固定點(diǎn)

1980年9月，改革開(kāi)放初期，市面上各種現(xiàn)代化的商品讓人眼花繚亂。一天，我高中時(shí)期的一位同學(xué)將他親戚從香港帶來(lái)的一卷135彩色膠卷交給我，讓我?guī)退臄z全家福，出于職業(yè)習(xí)慣，我敏銳感覺(jué)到這卷膠卷非同一般。此前，我一直用的是公元牌黑白膠卷和幻燈色盲片，這是我平生第一次見(jiàn)到彩色膠卷，還是進(jìn)口的“柯達(dá)”彩色膠卷。

在發(fā)動(dòng)機(jī)與耦合器以下位置增加固定點(diǎn)連接，如圖10所示。

圖10 發(fā)動(dòng)機(jī)與耦合器增加固定點(diǎn)連接

增加后，動(dòng)力總成一階模態(tài)增加約7 Hz（耦合器配置不一樣，一階模態(tài)提升程度也不一樣）。結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 動(dòng)力總成優(yōu)化方案一階模態(tài)結(jié)果（單位Hz）

2.2.3 方案四：提升缸體模態(tài)

通過(guò)進(jìn)氣歧管驗(yàn)證結(jié)果可知，提高模態(tài)可改善咕咕聲問(wèn)題，而缸體較容易更改實(shí)施。更改如下（圖11）。

圖11 缸體方案（圈處為增加部分）

（1）缸體外側(cè)增加加強(qiáng)筋；

（2）主軸承座增加連接板；

優(yōu)化后缸體一階模態(tài)增加約66 Hz。結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 缸體優(yōu)化方案一階模態(tài)結(jié)果（單位Hz）

2.2.4 方案驗(yàn)證

圖12 測(cè)試結(jié)果(上圖為基礎(chǔ)狀態(tài)、下圖為優(yōu)化后狀態(tài))

測(cè)試結(jié)果顏色越鮮艷、聲音幅值范圍越廣，代表效果更差、聲音更大，反正則有改善。從測(cè)試結(jié)果看，更改前后聲音幅值基本一致，聲音更大，改善不大。

2.3 方案五：發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定參數(shù)調(diào)整（排氣VVT角度）

發(fā)動(dòng)機(jī)可變配氣機(jī)構(gòu)（VVT）的種類(lèi)較多，包括可變氣門(mén)正時(shí)、可變氣門(mén)升程、可變進(jìn)氣延續(xù)時(shí)間或其符合形式等?？勺兣錃鈾C(jī)構(gòu)可以是內(nèi)燃機(jī)在不同轉(zhuǎn)速和工況下都能獲得理想的進(jìn)、排氣效率，在提升扭矩和功率的同時(shí)，也提高了油耗水平[3]。本研究的發(fā)動(dòng)機(jī)即用到了DVVT技術(shù)，即進(jìn)、排氣都有可變氣門(mén)正時(shí)系統(tǒng)，使發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到了40%以上的熱效率，從而搭載在混動(dòng)HEV車(chē)型上效果更好。

在原定ECU數(shù)據(jù)排氣VVT角度的基礎(chǔ)上再增加20°，咕咕聲噪音明顯改善，人耳幾乎感覺(jué)不到，達(dá)到了大家可接受的水準(zhǔn)（圖13）。

圖13 排氣VVT角度增加20°測(cè)試結(jié)果（上圖為基礎(chǔ)狀態(tài)、下圖為調(diào)整后狀態(tài))

綜合考慮整車(chē)動(dòng)力、油耗及排放，轉(zhuǎn)速1050 r/min，功率3 kW及5 kW排氣VVT角度增加15°，其他負(fù)荷工況過(guò)渡調(diào)整，調(diào)整范圍5°～15°不等。圖14為調(diào)整前后的排氣VVT角度預(yù)設(shè)值，有箭頭一行的角度為調(diào)整后的排氣VVT角度，無(wú)箭頭一行的角度為調(diào)整前的角度。

圖14 排氣VVT角度調(diào)整范圍

對(duì)于調(diào)整后的ECU數(shù)據(jù)，在整車(chē)上測(cè)試，咕咕聲改善明顯，人耳幾乎感覺(jué)不到，大致一致認(rèn)可該狀態(tài)可接受（圖15）。

圖15 ECU數(shù)據(jù)排氣VVT角度調(diào)整后測(cè)試結(jié)果（上圖為基礎(chǔ)狀態(tài)、下圖為調(diào)整后狀態(tài))

2.4 小結(jié)

通過(guò)以上數(shù)據(jù)，表明：

（1）咕咕聲特征在四缸機(jī)上都存在，可能因?yàn)楦鳈C(jī)型、各零件的差異，咕咕聲問(wèn)題表現(xiàn)有大有小，有些表現(xiàn)較小或者聽(tīng)不到從而達(dá)到可接受的狀態(tài)。因此該咕咕聲可能徹底消除咕咕聲很難，但可通過(guò)更改零件模態(tài)等方式來(lái)抑制咕咕聲，達(dá)到大家可接受的狀態(tài)。

（2）咕咕聲與發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷相關(guān)性強(qiáng)，即發(fā)動(dòng)機(jī)在燃燒激勵(lì)下某零件響應(yīng)呈現(xiàn)出了敲擊特征，即也可通過(guò)改變發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定參數(shù)，如改變排氣VVT角度，改變發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒特性來(lái)解決問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)使用鑄鋁油底殼的動(dòng)力總成提升總成模態(tài)以及調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)ECU數(shù)據(jù)的排氣VVT角度，解決整車(chē)動(dòng)力總成異響問(wèn)題。