浅谈某车型发动机异响问题的解决

张惠林　王毅

摘 要：文章主要针对某款搭载双质量飞轮的发动机的轮系异响问题的排查过程和解决方法进行了简述。关键词： 发动机轮系;双质量飞轮;异响中图分类号：U467  文献标识码：B  文章编号：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

某款车型在低速加速过程中发动机部位出现明显异响，为了不影响上市，要尽快解决异响问题。

2 正文

2.1 问题描述

根据反馈的问题，对车型进行主观评价，主要情况如下：

（1）3档、4档，发动机转速在800～1500rpm区间，加速过程中发动机舱右侧先后有两种明显的异响声发出，1#异响：“咕咕”声，2#异响：类似皮带打滑发出的“叽叽”声。

（2）不同批次车辆在相同工况下的异响声要小，勉强可以接受。

（3）异响是在该车型所搭载的发动机将单质量飞轮改为双质量飞轮后所产生的。

2.2 异响产生部位的确认

（1）首先通过人主观的去判断异响产生的部位：通过机舱内听和观察，发现异响产生部位为发动机轮系部位，且异响时可以看见发电机皮带轮处有明显的抖动。

（2）另一方面通过排除法确认异响产生的部位，首先对动力总成以外的其它因素进行排除：不同批次车辆的异响声较现有车辆的异响声要小，勉强可以接受。于是先从异响声的大、小不同这点入手对其它可能因素进行排查。对两类异响不同车进行排查，将两辆车的动力总成、悬置、减振器、制动器、排气管等所有可能的因素一一进行对调，看异响声是否有所改变，具体过程：

通过以上基本可以确认异响声产生的部位来自动力总成本身而非动力总成以外的其它因素。

2.2.3 最后通过振动和噪声测试设备对异响产生部位进行进一步的确认：

（1）从左、右耳异响信号对比可知，右耳异响信号较明显：

（2）异响可能产生部位测点位置

（3）测点位置3档缓加速振动与噪声对比结果

通过测试数据1（图3）可以得出右耳噪声峰值与发电机处振动、噪声峰值一一对应;

通过测试数据2（图4）可以得知张紧轮处、变速箱壳体处Y向振动均存在此异响频率，其他方向存在但不明显，且张紧轮处最大。

（4）测点位置4档缓加速振动与噪声对比结果与3档缓加速的测试结果一致。

（5）根据以上客观测试结果可以得出所有的测点位置中张紧轮处噪声及振动较其它测点位置更明显。

2.2.4 由以上三点基本可以确认异响产生的部位为发动机的轮系部位

2.3 异响产生的因素的确认

为了解决问题，确认异响产生的部位，对异响产生的因素进行排查和确认。

由于异响是在更换双质量飞轮后出现的，排查的重点放在双质量飞轮上，但是先将其它可能的因素过滤掉后再从双质量飞轮入手查找。

2.3.1 首先对轮系自身的附件进行排查

整個轮系中曲轴带轮所驱动的附件包括空调压缩机、发电机、冷却水泵、转向油泵等，具体验证方法为：找一辆以前搭载单质量飞轮没有此异响的发动机，将此发动机轮系中各附件一一地更换到有异响的发动上（两台发动机轮系各附件参数完全一样），具体过程如下：

通过以上步骤说明轮系异响产生非轮系本身附件所引起。

2.3.2 对双质量飞轮进行排查

所谓双质量飞轮（DMF），就是将发动机的飞轮分成两部分（主飞轮和次飞轮或叫第一飞轮和第二飞轮），中间用扭转减振器连接。双质量飞轮能有效的隔离发动机传递到变速箱上的扭振波动。

为了确认异响的产生是否是由双质量飞轮引起，根据双质量飞轮的结构，将第一飞轮和第二飞轮焊接在一起，使双质量飞轮再变为单质量飞轮，装车路试再确认异响：

将双质量飞轮改成单质量飞轮后装车路试，异响声消失，说明轮系异响的产生是由双质量飞轮引起。

2.4 异响解决措施

确认了异响源，想办法解决异响。

2.4.1 双质量飞轮工作原理

双质量飞轮集成了传统离合器式扭振减振器和发动机曲轴端普通单质量飞轮2个部件，即将飞轮一分为二，主飞轮和次级飞轮。主飞轮内侧有弧形滑道，里面安置了弧形弹簧（弧形弹簧可以按不同大小直径组合，形成多组扭转刚度）。这样可以通过改变主次飞轮的质量以及弧形弹簧的扭转刚度来改变整个传动系统的扭转振动固有频率，将共振点移出车辆正常运行的速度范围，同时阻尼也减小了瞬间的振幅。

整个动力传动系统的振动模型如图7（a）所示，K1为曲轴的刚度，K2为弧形弹簧的扭转刚度，K3为变速型输入轴刚度，J1…Jn为发动机的曲轴和活塞的当量转动惯量，Jn+1为主飞轮的转动惯量，Jn+2为次级飞轮的转动惯量，C为滑道粘性油脂的阻尼系数，Jn+3为离合器的变速箱输入轴当量转动惯量。

2.4.1.1 调节动力传动系统的λ

λ为主次飞轮转动惯量比，而物体转动惯量与物体的自身重量及转动角速度有关系，通过改变主次飞轮的质量来改变λ的值。根据实际情况考虑，决定在曲轴皮带轮端增加一定的配重看是否对主飞轮的转动惯量有改变从而改变系统的λ：

曲轴皮带轮端配置方案具体见图8：

经过路试主观感觉异响有变小的趋势且异响时发动机的转速点较之前有所降低，此方案有一定的效果。但是所加的配重及尺寸已经足够大，再增大尺寸和重量就无空间可布置，而且方案的可行性较差，此方案遭到否决。

2.4.1.2 调节双质量飞轮弹簧的扭转刚度

调节双质量飞轮弹簧的扭转刚度K2也可以改变系统的扭振固有频率。因此制作了多个不同扭转刚度的双质量飞轮装车来确认异响改变情况，具体如下：

将不同弹簧刚度的双质量飞轮装车后试车，主观感觉异响声无明显改变。

2.4.1.3 通过调节动力传动系统λ和K2，异响改变不明显，此种方案需要进一步进行验证，由于时间紧迫此方案暂时搁置。

2.4.2 更换带超越离合器的发电机来消除轮系异响

如果不能解决异响的产生，是否能将已产生的异响吸收或隔绝？在此种思路下，根据相关信息得知有一种带超越离合器的皮带轮，与发电机配合使用，主要是解决发动机曲轴转速波动造成的轮系振动和噪声，一般用于带有双质量飞轮和高冲击力换挡器的自动变速器以及装有高惯性矩的交流发电机车辆上。

從下图可以看出使用超越离合器可以很好的吸收由于曲轴转速波动造成的发电机转速波动。

于是找来一台带超越离合器的发电机装车路试，试车过程中主观感觉1#、2#异响声均消失，一直困扰的问题得以解决。

但是由于上市时间紧迫，要切换带超越离合器的发电机还需一定的时间，是否可能还有其它有效、简单的解决方法，需要进一步研究。

2.4.3 改变轮系皮带的绕法来消除异响

如前所述怀疑异响的产生是由于发电机皮带打滑所引起，而皮带打滑的原因可能是因为曲轴转速的波动造成皮带需要克服发电机皮带轮的转动惯量带动发电机皮带轮转动，由此造成打滑。而带单向离合器的皮带轮主要是通过吸收曲轴转速的波动来消除对发电机皮带轮的影响，根据这一原理，我们减小皮带对发电机皮带轮的影响可以达到减小或消除异响的目的。由以上推论我们先验证去掉轮系皮带。去掉皮带后进行路试，主观感觉无异响。因此根据实际情况我们决定减小皮带与发电机皮带的包角，而要减小皮带与发电机皮带的包角可行的办法就只有改变皮带的绕法：

改变轮系皮带绕法后路试，主观感觉1#、2#声音基本消除，整体情况可以接受，因此改变轮系皮带绕法也可以解决问题，而且此方案成本低且可以很快实施。

（1）带超越离合器皮带轮方案可行性

在整个轮系中唯一改变的就是将传统的发动机皮带轮改为带超越离合器的皮带轮，其它参数都未改变。而且此种带超越离合器的皮带轮在市面上已是很成熟的产品，已经被广泛使用，因此此种方案在使用上基本无风险。

此种方案唯一的不足就是会造成整车成本的增加而且实施需要一定的时间。

（2）改变皮带绕法方案可行性

将轮系的皮带绕法改变后，由图12可以看出发电机皮带轮的皮带包角明显减小，可能造成皮带在极限工况下打滑，使发电机发电量不足，有一定风险。但此种方案成本小，可以很快的实施，因此需要权衡哪种方案为最终方案。

通过以下几种方案对改变皮带绕法的风险进行判断：

（1）低温驾驶评价;

（2）夏季雨夜工况整车电平衡测试;

（3）路试及主观评价。

通过以上几种方案测试后发现改变皮带绕法后整车在极限工况下会出现发电机发电量不足的情况，有一定的风险。

3 结论

通过此次对发动机异响问题的解决，得出以下结论：

（1）发动机异响为发动机轮系异响;

（2）双质量飞轮的使用是造成此次轮系异响的根本原因，且双质量飞轮与发动机的匹配未达到最佳，有待进一步优化;

（3）换装带超越离合的皮带轮和改变皮带的绕法两种方案都可以解决轮系异响，但改变皮带绕法后整车在极限工况下会出现发电机发电量不足的情况，有一定的风险，只能做为临时解决方案，最终的解决方案还是换装带超越离合器式皮带轮的发电机。

参考文献

[1] 李伟.史文库.双质量飞轮的研究综述.吉林大学，2008.1.

[2] 江征风.双质量飞轮动态试验方法研究.创.武汉理工大学学报， 2008.10.

[3] 吕兆平.多楔带轮系设计基础.企业科技与发展，2008.5.