补强胶片对于发动机NVH贡献的应用

宫茂云

摘 要：本文介绍了补强胶片在发动机进气侧减振降噪的作用。通过对比分析手段，依次对进气歧管、支架及机油导管进行补强分析。结果表明补强胶片具备减振降噪功能，为NVH工程师分析各部件强度提供了有利的分析依据。为后续的发动机开发优化方案提供支持。

关键词：补强胶片 发动机 NVH试验

Abstract：This paper introduces the role of reinforcing film in reducing vibration and noise on the intake side of the engine. Through comparative analysis， the intake manifold， bracket and oil duct were reinforced in turn. The results show that the reinforced film has the function of vibration and noise reduction， which provides a favorable analysis basis for NVH engineers to analyze the strength of each component. Support for subsequent engine development optimizations.

Key words：reinforcing film， engine， NVH test

1 引言

应对汽车市场的愈发强劲的竞争力，基于碳达峰碳中和的环保目的，越来越多的主机厂开始进行发动机轻量化设计。研究认为：汽车整备质量减少10%，经济性及动力性都会有明显改善。目前发动机主要有两种途径：

（1）采用轻质高强的材料，如铝合金、镁合金高强度钢材等；（2）改进汽车结构，减少材料用量如发动机发电机支架、进气歧管及机油导管支架等轻量化设计。

但随着发动机各部件的轻量化设计，固有频率会随着质量的减少而变低，发动机设计就显得至关重要。应用复合高分子类补强材料可以将上述问题迎刃而解，其中的高分子补强胶片主要用于解决进气歧管支架及机油导管等的问题。通过复合补强胶片用于进气歧管、进气歧管支架、机油尺导管等对比分析，可得出发动机关键NVH部位点，同时由于补强后壁板刚度的增加，可 以有效降低薄板件的振动，实现减振降噪，从而使噪音源处得到有效改善。

2 故障分析

某机型1.6L发动机NVH测试时，2、4、6、8阶噪音明显，需要找出噪音源并对其进行改善。声望传感器接收的噪音主要由噪音源、传递路径所产生。此发动机为直立4缸，点火阶次为2阶，进气阶次一般为4阶，还需要分析6、8阶噪音源。

2.1 进气歧管分析

为了提高进气歧管总成的可靠性和改善进气歧管总成的NVH性能，传统的金属进气歧管总成均设计有支架，支架可提高进气歧管模态频率，预防进气歧管断裂失效。采用塑料进气歧管后，进气歧管总成大多延续设计支架这一习惯，歧管装配状态、壁厚、阻尼等边界条件及特征参数等对塑料进气歧管总成NVH性能具有较大影响。优化支架、使用橡胶减振结构的支架等对于提升塑料进气系统刚度，避开发动机二阶共振，减少振动传递，改善节气门本体的振动与疲劳失效具有较好作用。

通过仿真计算，得到在第一阶（422.07HZ）、第二阶（516.16HZ）、第三阶（916.72HZ）、第四阶（1188.8HZ）进气歧管的固有频率及主要泛红区，见图1。

2.2 其余部件分析

经过前期的部件验证，2阶主要为点火阶次，4阶主要为进气噪声，6、8阶可能为支架所导致。而轮系方面普遍为高频阶次。

3 试验验证

3.1 补强胶片介绍及原理

补强胶片由衬垫层、树脂层和隔离纸层构成。衬垫层作为骨架材料一般是玻璃纤维布或者铝箔，可以增加胶片固化后的补强性能，树脂层为具有热固化性能的环氧树脂和具有阻尼性能的橡胶类树脂复合而成，配以固化剂、硫化剂等助剂混合而成。使用时将胶片裁剪成预定的尺寸和形状，揭去隔离纸，利用树脂的自粘性粘贴到所需补强的发动机部件上即可。

补强胶片根据补强效果可以分为三类：低补强胶片、中补强胶片和高补强胶片。低补强胶片的补强效果不明显，适用于易产生变形的部位；中补强胶片的补强效果好，使用率极高；高补强胶片的补强效果最好，但易导致钢板变形，只能应用在特殊部位或特殊车型上。所以此次对比试验采用中补强胶片。

3.2 测试设备及工况介绍

3.2.1 测试设备介绍

（1）台架设备，见表1。

（2）测试设备，见表2。

3.2.2 试验工况及测点布置，见表3、表4。

3.3 试验对比分析

3.3.1 原状态试验分析

发动机处于空载状态，测功机倒拖发动机，分别测量节气门体、进气歧管缸体歧管结合面及油尺支架位置的振动情况，见图2、图3。

4种位置处Z方向振动较其它方向明显，进气歧管与节气门体相比较，Z方向振动明显，油尺支架于500-600Hz处存在共振带，下一步着重检查进气歧管与机油尺支架。

3.3.2 原状态、补强进气歧管试验对比

将补强胶片撕掉铝箔，将带黏性的粘贴端附在进气歧管支管处，由之前的仿真计算分析，模态泛红区普遍为支管侧，见图４。

通过colormap频谱图可以对工况转速下的階次线及共振或敲击现象进行分析。原状态与补强后进气歧管阶次分析见下图5-图8。

通过colormap图分析，排除台架共振等干扰因素，2、4、6、8阶的影响程度一致，无明显改善，通过阶次切片分析，补强前后的噪声总级无明显变化，各阶次切片的趋势和分贝值一致。所以得出以下结论：针对进气歧管补强无明显作用，后续的设计变更可以先不考虑。

3.3.3 原状态与进行进气歧管与歧管支架补强对比

在进气歧管包裹的基础上，对进气歧管支架也进行全包裹，该发动机进气歧管支架为金属支架，有可能为噪声源之一，通过colormap频谱图可以对工况转速下的阶次线及共振或敲击现象进行分析。原状态与补强后进气歧管支架阶次分析见下图９-图12。

通过补强进气歧管支架的分析，主要阶次线并无明显改变，进气歧管支架非2、4、6、8阶的影响因素。

3.3.4 原状态与机油尺导管补强对比

从发动机燃烧分析，噪声源只要由进气、点火、机械副的运转所导致，由电力测功机的工作机理，可使发电机、起动机等外围附件影响因素排除，在之前的试验中，针对不同空气滤进行对比，发现影响不大，所以在发动机进气侧只剩下机油尺导管这一影响因素。

通过colormap频谱图可以对工况转速下的阶次线及共振或敲击现象进行分析。原状态与补强后机油尺导管阶次分析见下图14-图17。

根据colormap图分析，能明显发现机油尺补强后。6、8阶噪声得到明显改善。阶次分析图中也能发现此规律。在后续的设计过程中，应需对机油尺导管连接部位进行应力加强设计。

4 结语

首先对发动机各部件进行振动与噪声分析，得到大致振动源。利用补强胶片针对发动机进气歧管、进气歧管支架及发动机机油尺导管进行对比分析，得到6、8阶的噪声由机油尺导管所导致，后续设计工作将围绕机油尺导管进行。

通过对该发动机噪声问题的分析与解决，可以得出不同的发动机部位所采用的补强胶片的类型也不同，采用补强胶片来降低发动机部件的振动，提供给NVH工程师一种解决噪声与振动源的新方法，为后续科研与排故工作提供了一种全新的解决方案。