摘要：隨著汽車技術的不斷發(fā)展，人們對汽車舒適性的要求越來越高，振動噪聲問題也越來越受關注。發(fā)動機作為汽車上的關鍵部件，作為汽車的動力來源，同時也是引起整車振動的主要激勵源之一，發(fā)動機除了需要擁有良好的動力性能外，還應具有更高的NVH 性能，不能出現(xiàn)振動過大、異響等現(xiàn)象。本文采用診斷和抽樣排查的方法，分析和確認故障來源。通過優(yōu)化前端輪系布局和裝配尺寸，改善前端輪系共面性，從而解決了發(fā)動機異響問題。

關鍵詞：起動異響；前端輪系；尺寸鏈分析；共面性

中圖分類號：U472.9 文獻標識碼：A

0 引言

市場反饋某車型發(fā)動機在冷車起動時有“吱吱”的異響，一段時間后異響消失。本文首先通過對發(fā)動機在冷起動異響來源進行分析，采用HEAD 便攜式聲音采集設備對異響發(fā)出位置進行排查，經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)異響大都是從惰輪到空調(diào)壓縮機那一段皮帶處傳出[1]。確定前端輪系異響為皮帶切入性異響，即皮帶和帶輪貼合面異響。再通過抽樣檢查確定產(chǎn)生異響的原因為自動張緊輪到水泵之間跨距小及壓縮機和壓縮機支架裝配偏差導致。對前端輪系布局分析以及尺寸鏈分析和優(yōu)化后，進行實車小批量裝車驗證，冷車起動異響消失，驗證效果良好。

1 故障診斷

發(fā)動機前端輪系是由一個多楔帶驅動，包括空調(diào)壓縮機、動力傳動泵、冷卻水泵、發(fā)電機、惰輪及張緊輪等附件組成的附件系統(tǒng)[2]。一般認為前端輪系異響主要包括：皮帶切入性異響、皮帶打滑異響、皮帶抖動異響以及零部件異響[3]。

故障診斷前，必須對前端輪系產(chǎn)生聲響的各種模式有所了解。皮帶與帶輪貼合面之間的接觸聲響頻率高，聲音連續(xù)且刺耳，在發(fā)動機起動或停止時尤為明顯。皮帶進入槽輪處會發(fā)生高頻聲音，此聲音不連續(xù)，尖利且刺耳，在冷機狀態(tài)或低溫環(huán)境中易發(fā)生。皮帶本身同樣會發(fā)出低頻聲音；張緊器因軸承或摩擦原因，會產(chǎn)生連續(xù)高頻且刺耳的聲音；惰輪也是一個聲源，它產(chǎn)生的聲音頻率高，連續(xù)且刺耳。

首先采用HEAD 便攜式聲音采集設備對異響發(fā)出位置進行排查，發(fā)現(xiàn)異響大都是從惰輪到空調(diào)壓縮機那一段皮帶處傳出，部分車型張緊輪到水泵帶輪處也發(fā)出異響。通過以上排查，可確認異響來源為皮帶和帶輪貼合面異響。抽取一臺故障車輛拆掉皮帶再起動無異響，隨機抽取10 輛剛下線的車，擰松壓縮機支架與發(fā)動機缸體的安裝螺栓，發(fā)現(xiàn)兩零件的配合是松配合，壓縮機支架能左右晃動，調(diào)整壓縮機支架上惰輪的Y 向（整車坐標）位移，異響消失。

2 原因分析

若輪系共面性太差，驅動皮帶和帶輪之間會產(chǎn)生切入性異響。造成皮帶和帶輪貼合面異響的可能原因包括：零部件的制造和裝配質量不能滿足設計要求；皮帶包角、跨距和長度不合理；張緊器性能不滿足要求；皮帶性能不滿足要求。為了進一步確認造成異響的原因，需對以上造成皮帶和帶輪貼合面異響的因素進行逐一排查。經(jīng)檢查張緊器及皮帶性能滿足要求。

隨機抽取10 輛剛下線的車，擰松壓縮機支架與發(fā)動機缸體的安裝螺栓，發(fā)現(xiàn)兩個零件的配合是松配合，壓縮機支架能左右晃動，調(diào)整壓縮機支架上惰輪的Y 向（整車坐標）位移，異響消失。通過以上抽樣檢查可初步判斷異響原因為前端輪系布局和裝配偏差導致，因此以下重點從輪系布局和裝配尺寸進行分析。

2.1 輪系布局分析

前端輪系包角及跨距均是產(chǎn)生前端異響的重要因素：包角小，運轉過程中易產(chǎn)生打滑異響；跨距大，輪系共面性差，因此需要對前端輪系的包角及跨距進行檢查。該發(fā)動機輪系布局如圖1 所示。表1 列出了各部件皮帶包角及相鄰兩帶輪中間的皮帶跨距。逐一對各部件包角進行檢查，包角滿足設計要求[4]。經(jīng)過檢查自動張緊輪到水泵以及惰輪到空調(diào)壓縮機這兩段皮帶的跨度較小，最小段為自動張緊輪至水泵段為65.00 mm，小于設計要求（≥ 75.00 mm）， 這種情況還會增加帶輪之間的對齊偏差問題，使得皮帶進入帶槽的壓縮機帶輪時發(fā)生切入噪聲。

2.2 皮帶跨距及共面性檢查

根據(jù)文獻介紹，整個多楔帶輪系各帶輪中心平面偏差不得超出1°，即每300.00 mm 中心距的兩帶輪中心平面前后誤差不得超出1.50 mm[5]。當超過1.5°時，磨損非常明顯，皮帶的壽命將降低18% ～ 38%。而且還產(chǎn)生切入性噪聲（圖2）。表2對各段跨距皮帶允許對齊性誤差進行了計算，可以看出有兩段風險較大的點，跨距最小處為自動張緊輪到水泵段，允許誤差為0.68 mm。第二處為惰輪到空調(diào)壓縮機段，對齊允許誤差僅為0.82 mm。此處包括了一個壓縮機支架，惰輪集成在壓縮機支架上，誤差累積較多風險最大，與排查結果一致。以下重點對惰輪到空調(diào)壓縮機段公差配合進行校核。

2.3 空調(diào)壓縮機裝配尺寸鏈校核

檢查壓縮機以及壓縮機支架圖紙關鍵尺寸， 發(fā)現(xiàn)以下問題。

（1）壓縮機支架與發(fā)動機缸體關鍵裝配孔位置尺寸缺少公差要求，長孔位置和方向設置不恰當。

（2）壓縮機螺栓安裝孔直徑與螺栓直徑配合誤差過大， 壓縮機安裝螺栓規(guī)格為M8×1.25 mm，與其配合的壓縮機安裝孔直徑為（φ9.00±0.20）mm，裝配偏差過大。安裝基準到帶輪中心尺寸公差為（48.00±0.50）mm， 公差過于寬松。

以上尺寸公差問題，導致惰輪安裝后皮帶邊緣距離惰輪帶輪邊緣距離差異性大。

2.4 壓縮機及支架尺寸偏差確認

選取10 輛出現(xiàn)皮帶異響的車對惰輪邊緣到皮帶邊緣距離進行測試（圖3），結果如表3 所示，二者距離最大只有3.50 mm。這會導致帶輪之間對齊偏差， 是出現(xiàn)異響的關鍵原因。把這10 輛車的壓縮機及支架螺栓松開，調(diào)整惰輪邊緣到皮帶邊緣距離，盡量使之變大，然后再起動，異響全部消失。由此可知，如能確保隨意裝配時惰輪邊緣到皮帶邊緣距離大于4.00 mm，則能消除起動異響。

3 設計改進及驗證

通過以上分析，可確定造成皮帶和帶輪貼合面異響的原因主要有以下2 點。

（1） 自動張緊輪到水泵這段輪距的跨度小， 跨度為65.00 mm，小于設計要求（≥ 75.00 mm）。

（2）壓縮機以及壓縮機支架裝配尺寸公差要求不合理，導致惰輪邊緣到皮帶邊緣距離小于3.50 mm，距離偏?。ㄒ缶嚯x大于4.00 mm）。

3.1 設計優(yōu)化方案

（1）為了消除帶輪之間的對齊偏差問題，避免皮帶進入帶槽的壓縮機帶輪時發(fā)生切入噪聲。需要增加自動張緊輪到水泵之間跨距，跨距由65.00 mm 增加至120.00 mm。優(yōu)化后輪系布局如圖4 所示。

（2）壓縮機支架標注優(yōu)化。重新定位壓縮機支架定位基準，調(diào)整輔定位孔長孔位置，同時調(diào)整了輔定位孔長孔方向，限定壓縮機支架Y 向裝配位移。壓縮機支架與缸體安裝點孔徑公差及形位公差要求加嚴，定位孔公差由Φ8.10+0.25-0.05mm 調(diào)整為（Φ8.10±0.10）mm，增加位置度公差Φ0.20 mm。壓縮機與壓縮機支架安裝螺紋孔增加位置度公差Φ0.30 mm。優(yōu)化后壓縮機支架尺寸標注見圖5。

（3） 壓 縮 機 尺 寸 優(yōu) 化。 壓 縮 機 定 位 孔 直 徑 由（φ9.00±0.20）mm 縮小到（φ8.30±0.10）mm ； 安裝基準到帶輪中心尺寸公差由（48.00±0.50）mm 縮小到（48.00±0.40）mm。優(yōu)化后壓縮機尺寸公差如圖6 所示。

通過增加自動張緊輪到水泵之間跨距，減小帶輪之間的對齊偏差問題風險。通過優(yōu)化壓縮機支架及壓縮機裝配尺寸，減小惰輪與空調(diào)壓縮機段的裝配誤差。以上優(yōu)化方案，可有效降低帶輪之間的對齊偏差問題，消除皮帶進入帶槽的壓縮機帶輪時發(fā)生切入噪聲問題。

3.2 優(yōu)化方案驗證

3.2.1 臺架驗證

為了驗證更改效果，把更改后的壓縮機及壓縮機支架拿到發(fā)動機臺架上進行試裝，按照隨意裝、往外壓惰輪安裝以及往內(nèi)壓惰輪安裝3 種方式裝配，測試惰輪邊緣到皮帶邊緣的距離，發(fā)現(xiàn)任意一種方式都能保證兩者距離大于4.00 mm。具體尺寸見表4所示。

3.2.2 整車驗證

采用優(yōu)化后輪系布局及新狀態(tài)壓縮機及壓縮機支架試裝50 輛車，整車下線后進行確認，未出現(xiàn)異響情況。同時抽檢30 輛車惰輪邊緣到皮帶邊緣的距離，發(fā)現(xiàn)任意裝配都能使二者距離大于4.00 mm（表5）。改進方案效果明顯，可以立即實施。

4 結束語

針對某車型冷車起動異響問題，采用NVH 設備鎖定了異響發(fā)生位置，通過對輪系布局分析、皮帶跨距及共面性檢查、尺寸鏈校核等步驟，最終確定了異響的主要原因是前端輪系的皮帶切入性異響，發(fā)生在皮帶跨距最短的部位。通過優(yōu)化空調(diào)壓縮機及其安裝支架尺寸標注，并經(jīng)過試裝驗證，成功地解決了冷車起動異響問題。

【參考文獻】

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[5] 呂兆平. 多楔帶輪系設計基礎[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展，2008（18）：84-86.

作者簡介：

覃麗霜，本科，工程師，研究方向為汽車NVH。