淺談某車型發動機異響問題的解決

張惠林　王毅

摘 要：文章主要針對某款搭載雙質量飛輪的發動機的輪系異響問題的排查過程和解決方法進行了簡述。關鍵詞： 發動機輪系;雙質量飛輪;異響中圖分類號：U467 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）08-205-05

Abstract： This paper mainly describes the investigation process and the solution of the abnormal noise of the gear train in a certain engine with double-mass flywheel.Keywords： Engine gear train; Double mass flywheel; Abnormal noiseCLC NO.：?U467 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）08-205-05

1?引言

某款車型在低速加速過程中發動機部位出現明顯異響，為了不影響上市，要盡快解決異響問題。

2?正文

2.1?問題描述

根據反饋的問題，對車型進行主觀評價，主要情況如下：

（1）3檔、4檔，發動機轉速在800～1500rpm區間，加速過程中發動機艙右側先后有兩種明顯的異響聲發出，1#異響：“咕咕”聲，2#異響：類似皮帶打滑發出的“嘰嘰”聲。

（2）不同批次車輛在相同工況下的異響聲要小，勉強可以接受。

（3）異響是在該車型所搭載的發動機將單質量飛輪改為雙質量飛輪后所產生的。

2.2 異響產生部位的確認

（1）首先通過人主觀的去判斷異響產生的部位：通過機艙內聽和觀察，發現異響產生部位為發動機輪系部位，且異響時可以看見發電機皮帶輪處有明顯的抖動。

（2）另一方面通過排除法確認異響產生的部位，首先對動力總成以外的其它因素進行排除：不同批次車輛的異響聲較現有車輛的異響聲要小，勉強可以接受。于是先從異響聲的大、小不同這點入手對其它可能因素進行排查。對兩類異響不同車進行排查，將兩輛車的動力總成、懸置、減振器、制動器、排氣管等所有可能的因素一一進行對調，看異響聲是否有所改變，具體過程：

通過以上基本可以確認異響聲產生的部位來自動力總成本身而非動力總成以外的其它因素。

2.2.3 最后通過振動和噪聲測試設備對異響產生部位進行進一步的確認：

（1）從左、右耳異響信號對比可知，右耳異響信號較明顯：

（2）異響可能產生部位測點位置

（3）測點位置3檔緩加速振動與噪聲對比結果

通過測試數據1（圖3）可以得出右耳噪聲峰值與發電機處振動、噪聲峰值一一對應;

通過測試數據2（圖4）可以得知張緊輪處、變速箱殼體處Y向振動均存在此異響頻率，其他方向存在但不明顯，且張緊輪處最大。

（4）測點位置4檔緩加速振動與噪聲對比結果與3檔緩加速的測試結果一致。

（5）根據以上客觀測試結果可以得出所有的測點位置中張緊輪處噪聲及振動較其它測點位置更明顯。

2.2.4 由以上三點基本可以確認異響產生的部位為發動機的輪系部位

2.3 異響產生的因素的確認

為了解決問題，確認異響產生的部位，對異響產生的因素進行排查和確認。

由于異響是在更換雙質量飛輪后出現的，排查的重點放在雙質量飛輪上，但是先將其它可能的因素過濾掉后再從雙質量飛輪入手查找。

2.3.1 首先對輪系自身的附件進行排查

整個輪系中曲軸帶輪所驅動的附件包括空調壓縮機、發電機、冷卻水泵、轉向油泵等，具體驗證方法為：找一輛以前搭載單質量飛輪沒有此異響的發動機，將此發動機輪系中各附件一一地更換到有異響的發動上（兩臺發動機輪系各附件參數完全一樣），具體過程如下：

通過以上步驟說明輪系異響產生非輪系本身附件所引起。

2.3.2 對雙質量飛輪進行排查

所謂雙質量飛輪（DMF），就是將發動機的飛輪分成兩部分（主飛輪和次飛輪或叫第一飛輪和第二飛輪），中間用扭轉減振器連接。雙質量飛輪能有效的隔離發動機傳遞到變速箱上的扭振波動。

為了確認異響的產生是否是由雙質量飛輪引起，根據雙質量飛輪的結構，將第一飛輪和第二飛輪焊接在一起，使雙質量飛輪再變為單質量飛輪，裝車路試再確認異響：

將雙質量飛輪改成單質量飛輪后裝車路試，異響聲消失，說明輪系異響的產生是由雙質量飛輪引起。

2.4 異響解決措施

確認了異響源，想辦法解決異響。

2.4.1 雙質量飛輪工作原理

雙質量飛輪集成了傳統離合器式扭振減振器和發動機曲軸端普通單質量飛輪2個部件，即將飛輪一分為二，主飛輪和次級飛輪。主飛輪內側有弧形滑道，里面安置了弧形彈簧（弧形彈簧可以按不同大小直徑組合，形成多組扭轉剛度）。這樣可以通過改變主次飛輪的質量以及弧形彈簧的扭轉剛度來改變整個傳動系統的扭轉振動固有頻率，將共振點移出車輛正常運行的速度范圍，同時阻尼也減小了瞬間的振幅。

整個動力傳動系統的振動模型如圖7（a）所示，K1為曲軸的剛度，K2為弧形彈簧的扭轉剛度，K3為變速型輸入軸剛度，J1…Jn為發動機的曲軸和活塞的當量轉動慣量，Jn+1為主飛輪的轉動慣量，Jn+2為次級飛輪的轉動慣量，C為滑道粘性油脂的阻尼系數，Jn+3為離合器的變速箱輸入軸當量轉動慣量。

2.4.1.1 調節動力傳動系統的λ

λ為主次飛輪轉動慣量比，而物體轉動慣量與物體的自身重量及轉動角速度有關系，通過改變主次飛輪的質量來改變λ的值。根據實際情況考慮，決定在曲軸皮帶輪端增加一定的配重看是否對主飛輪的轉動慣量有改變從而改變系統的λ：

曲軸皮帶輪端配置方案具體見圖8：

經過路試主觀感覺異響有變小的趨勢且異響時發動機的轉速點較之前有所降低，此方案有一定的效果。但是所加的配重及尺寸已經足夠大，再增大尺寸和重量就無空間可布置，而且方案的可行性較差，此方案遭到否決。

2.4.1.2 調節雙質量飛輪彈簧的扭轉剛度

調節雙質量飛輪彈簧的扭轉剛度K2也可以改變系統的扭振固有頻率。因此制作了多個不同扭轉剛度的雙質量飛輪裝車來確認異響改變情況，具體如下：

將不同彈簧剛度的雙質量飛輪裝車后試車，主觀感覺異響聲無明顯改變。

2.4.1.3 通過調節動力傳動系統λ和K2，異響改變不明顯，此種方案需要進一步進行驗證，由于時間緊迫此方案暫時擱置。

2.4.2?更換帶超越離合器的發電機來消除輪系異響

如果不能解決異響的產生，是否能將已產生的異響吸收或隔絕？在此種思路下，根據相關信息得知有一種帶超越離合器的皮帶輪，與發電機配合使用，主要是解決發動機曲軸轉速波動造成的輪系振動和噪聲，一般用于帶有雙質量飛輪和高沖擊力換擋器的自動變速器以及裝有高慣性矩的交流發電機車輛上。

從下圖可以看出使用超越離合器可以很好的吸收由于曲軸轉速波動造成的發電機轉速波動。

于是找來一臺帶超越離合器的發電機裝車路試，試車過程中主觀感覺1#、2#異響聲均消失，一直困擾的問題得以解決。

但是由于上市時間緊迫，要切換帶超越離合器的發電機還需一定的時間，是否可能還有其它有效、簡單的解決方法，需要進一步研究。

2.4.3 改變輪系皮帶的繞法來消除異響

如前所述懷疑異響的產生是由于發電機皮帶打滑所引起，而皮帶打滑的原因可能是因為曲軸轉速的波動造成皮帶需要克服發電機皮帶輪的轉動慣量帶動發電機皮帶輪轉動，由此造成打滑。而帶單向離合器的皮帶輪主要是通過吸收曲軸轉速的波動來消除對發電機皮帶輪的影響，根據這一原理，我們減小皮帶對發電機皮帶輪的影響可以達到減小或消除異響的目的。由以上推論我們先驗證去掉輪系皮帶。去掉皮帶后進行路試，主觀感覺無異響。因此根據實際情況我們決定減小皮帶與發電機皮帶的包角，而要減小皮帶與發電機皮帶的包角可行的辦法就只有改變皮帶的繞法：

改變輪系皮帶繞法后路試，主觀感覺1#、2#聲音基本消除，整體情況可以接受，因此改變輪系皮帶繞法也可以解決問題，而且此方案成本低且可以很快實施。

（1）帶超越離合器皮帶輪方案可行性

在整個輪系中唯一改變的就是將傳統的發動機皮帶輪改為帶超越離合器的皮帶輪，其它參數都未改變。而且此種帶超越離合器的皮帶輪在市面上已是很成熟的產品，已經被廣泛使用，因此此種方案在使用上基本無風險。

此種方案唯一的不足就是會造成整車成本的增加而且實施需要一定的時間。

（2）改變皮帶繞法方案可行性

將輪系的皮帶繞法改變后，由圖12可以看出發電機皮帶輪的皮帶包角明顯減小，可能造成皮帶在極限工況下打滑，使發電機發電量不足，有一定風險。但此種方案成本小，可以很快的實施，因此需要權衡哪種方案為最終方案。

通過以下幾種方案對改變皮帶繞法的風險進行判斷：

（1）低溫駕駛評價;

（2）夏季雨夜工況整車電平衡測試;

（3）路試及主觀評價。

通過以上幾種方案測試后發現改變皮帶繞法后整車在極限工況下會出現發電機發電量不足的情況，有一定的風險。

3 結論

通過此次對發動機異響問題的解決，得出以下結論：

（1）發動機異響為發動機輪系異響;

（2）雙質量飛輪的使用是造成此次輪系異響的根本原因，且雙質量飛輪與發動機的匹配未達到最佳，有待進一步優化;

（3）換裝帶超越離合的皮帶輪和改變皮帶的繞法兩種方案都可以解決輪系異響，但改變皮帶繞法后整車在極限工況下會出現發電機發電量不足的情況，有一定的風險，只能做為臨時解決方案，最終的解決方案還是換裝帶超越離合器式皮帶輪的發電機。

參考文獻

[1] 李偉.史文庫.雙質量飛輪的研究綜述.吉林大學，2008.1.

[2] 江征風.雙質量飛輪動態試驗方法研究.創.武漢理工大學學報， 2008.10.

[3] 呂兆平.多楔帶輪系設計基礎.企業科技與發展，2008.5.