發動機前端附件系統對NVH的影響

黃蔚　馮應超　曾凡淦

摘 要：近年來汽車的NVH問題已經是用戶抱怨的主要問題之一，而發動機前端附件系統對整車NVH性能的影響比較大。本文從皮帶剛度對NVH的影響、支架模態對NVH的影響、發動機前端附件的隔振措施、各附件帶輪對齊度對NVH的影響、發動機前端附件系統子零件的公差對NVH的影響、發動機前端附件系統參數衰減對NVH的影響等方面做了相關的研究與分析。

關鍵詞：發動機前端附件系統 NVH 皮帶 支架 發電機解耦器 自動張緊輪

1 引言

隨著汽車的普及，用戶越來越關注汽車的舒適性，近年來汽車的NVH問題已經是用戶抱怨的主要問題之一。主機廠都在重點關注并改善整車NVH性能。發動機前端附件系統是將發動機功率、扭矩傳遞到發動機前端（空調、水泵、發電機等）的一個系統，對整車NVH性能的影響比較大。

2 發動機前端附件系統與NVH的關系

發動機前端附件系統在運行中存在抖動、振動、滑移等狀態，而這些運動狀態控制不好，則會出現無法接受的NVH問題。在設計中，通過合理的布置及前期CAE分析可以使發動機前端附件系統滿足功能需求，但是仍需從下面幾方面考慮優化、提升NVH性能。

2.1 皮帶剛度對NVH的影響

皮帶剛度對皮帶抖動和系統振動影響較大，如下是一款車型附件皮帶使用聚酯皮帶（低剛度）和使用芳綸皮帶（高剛度）的NVH性能差異，聲音測試位置為駕駛員耳部。

如上測試結果顯示：使用聚酯皮帶時高頻聲音明顯要比使用芳綸皮帶時粗糙，且單頻聲音明顯增多。

芳綸皮帶剛度大，通常表現都優于聚酯皮帶;一般發動機前端附件系統在使用芳綸皮帶時比使用聚酯皮帶時運行更加穩定，NVH效果更優。在三缸機、直噴發動機或NVH要求較高的車型中，建議優先使用芳綸皮帶進行系統設計開發。

2.2 支架模態對NVH的影響

如在設計發動機前端附件安裝支架時沒有注意到模態控制，會導致附件在發動機運行過程中出現共振，影響到NVH性能。如下是一款車型的實測數據，聲音測試位置為駕駛員耳部。

如上測試結果顯示：在壓縮機支架模態為200Hz時，存在明顯共振帶;在壓縮機支架模態為400Hz時，共振帶明顯減弱，聲壓總級表現為整體降低。為避免與發動機上其他零件發生共振，建議發動機前端附件支架的模態不低于400Hz。

2.3 發動機前端附件的隔振措施

發動機前端附件的振動激勵主要來源于發動機轉速的不均勻性，理論上只要將發動機的轉速不均勻性隔離就可以解決發動機前端附件的NVH問題。現從如下兩個方面介紹隔振措施。

2.3.1 發電機解耦器

因發電機轉速高（通常是發動機轉速的2-3倍）、轉動慣量大，所以發電機是影響發動機前端附件系統穩定的主要因素。發電機解耦器是一個能阻隔部分發動機轉速不均勻性傳遞到發電機上的產品，可以有效的優化發動機前端附件系統的工作環境，提升NVH性能，如下是帶發電機解耦器和不帶發電機解耦器的整車NVH差異，聲音測試位置為駕駛員耳部。

通過如上測試數據可知，在發動機1100轉以下使用發電機解耦器可以降低車內加速噪音降低5dB以上，改善效果極其明顯。所以在NVH要求高或NVH異常惡劣的車型上建議使用發電機解耦器。同時使用發電機解耦器還可降低發動機前端附件系統的張緊力，可進一步改善系統工作環境，降低油耗。

2.3.2 曲軸隔振帶輪

曲軸隔振帶輪可直接從輸入端大幅的阻隔發動機轉速不均勻性，可極大程度的提升NVH性能和降低發動機前端附件系統的張緊力。與發電機解耦器相比，曲軸隔振帶輪隔振效果更優，成本更高;在NVH要求極高或系統問題無法解決的車輛上可以考慮。

2.4 各附件帶輪對齊度對NVH的影響

附件帶輪的平面度差是皮帶跳動異響的根本原因，這就需要我們不斷改善發動機前端附件系統的帶輪平面度，這樣可直接有效的消除皮帶跳動異響。

建議皮帶不對齊度不超過0.7°。所有附件帶輪平面度的公差均需依此要求來計算，如制造無法滿足要求，則需在附件、附件支架安裝位置增加定位銷，用于減小裝配公差。

公差計算公式為：

公差=跨度×0.7°÷360°×3.14

如公式所示，皮帶跨度越長，允許的公差越大，在設計中皮帶跨度不得過小。當皮帶跨度為75mm時，帶輪平面度公差在0.46mm左右，已比較難控制;所以不建議跨度過小，特別是進入槽輪段的皮帶跨度，需重點關注。

2.5 發動機前端附件系統子零件的公差對NVH的影響

自動張緊輪扭矩的波動、自動張緊輪阻尼的波動、皮帶剛度的波動，均會導致發動機前端附件系統的NVH出現較大差異。所以為了保證系統的穩定性，應該在制造能力達到要求的情況下，提高自動張緊輪扭矩、阻尼和皮帶剛度的公差水平。

2.5.1 自動張緊輪扭矩公差

目前業內自動張緊輪名義位置的扭矩公差多按±15%來控制，按目前制造水平，該公差要求已偏大，可適當調整。

2.5.2 自動張緊輪阻尼公差

阻尼是自動張緊輪最難控制的參數，目前多按±15%來控制，建議適當調整、優化。

2.5.3 皮帶剛度信息

在2.1中已經說過剛度對NVH的影響趨勢，這里說的是剛度的穩定性;剛度波動越小，系統的一致性越高。

定負荷延伸率是皮帶剛度的具體表現。現在很多皮帶廠家對于皮帶定負荷延伸率均按小于3%控制;但主流廠家的控制水平已優于3%，可依據生產制造水平適當調整該參數。

平均剛度（也稱作拉伸剛度）計算公式：E（rib）=F/ε=F/（Δl/l）=250N/定負荷伸長率，單位N/rib。

定負荷延伸率：在250N/楔的情況下測量皮帶長度，此長度與實際長度的變化率即定負荷延伸率。

2.6 發動機前端附件系統參數衰減對NVH的影響

2.6.1 自動張緊輪扭矩衰減

自動張緊輪在使用中會扭矩會逐漸衰減，如衰減過大會導致異響，所以在設計過程中需要對衰減量做一個控制，一般按衰減不大于15%來控制。在系統測試中，應該按設計中的下限扭矩并再衰減15%后的值制造極限樣件，來進行系統測試。隨著制造和設計能力的提升衰減量應該逐漸減小，這可有效的提高發動機前端附件系統的穩定性。

2.6.2 皮帶伸長率

皮帶在使用中會磨損，并伸長，如伸長量過大，也會導致異響。所以在設計中需特別關注皮帶伸長率。在系統測試中，應該按設計中的最長值再加上伸長率制造極限樣件，來進行系統測試。極限自動張緊輪與極限皮帶共同進行系統測試，且無問題，才說明系統設計是滿足要求的。

2.6.3 軸承磨損

因發動機前端附件系統一直在高速運轉，且發動機倉溫度高，工作環境惡劣（泥水、沙石等），所以附件軸承異響也是發動機前端附件異響中的一個高發問題。首先，在設計中需要核算各附件軸承的壽命，需滿足整車設計壽命要求;其次，需對軸承密封性（即防塵防水性能）做要求，耐久試驗后需檢查軸承油脂消耗率，其油脂消耗率需滿足軸承的相關控制要求。

3 總結

本文主要對于發動機前端附件系統易出現的NVH問題做了相關的分析，并對相關問題做出了相應的建議，對整個發動機前端附件系統的設計開發具有一定的指導意義。

參考文獻：

[1]王二化，吳波，胡友民，楊叔子.考慮OAP影響的汽車發動機FEAD系統動力學特性研究.機械傳動.2018，42（12）.

[2]徐立強，李凱，高東東.某三缸機FEAD振動控制匹配分析與驗證.內燃機.2019，（03）.