某发动机冷起动哨声产生原因分析及消除措施

张 杨 甄洪梅 杨 隽 栾永东

（1-宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司 浙江 宁波 315336 2-浙江吉利动力总成有限公司）

引言

汽车发动机中常见的驱动方式包括链条传动、齿轮传动。由于发动机的运转存在不稳定性，导致各运动部件产生振动，形成发动机内部的振动源和噪声源。产生噪声的原因有多种，噪声的传递路径比较复杂，各种振动和噪声综合形成了复杂的声场，当噪声超过一定数值时就产生了噪声污染。要消除噪声首先要弄清各种振动源、噪声源产生的基本原理，明确各种振动和噪声的特性以及它们之间的相互作用，以便采取有效措施控制振动和噪声[1-2]。

本文就某汽油机在冷起动时产生尖锐的哨声进行分析，通过对噪声类型进行判断，然后通过振动试验得到发动机机体的频谱数据，找到哨声产生的噪声源，由此采取措施降低此噪声。

1 现象描述及初步分析

某发动机在冷起动时产生尖锐的哨声，在起动半小时后哨声消失；发动机在高温时起动没有哨声。

由于哨声尖锐、频率高，排除由机体等大型部件振动所致，怀疑是齿轮传动或者小型部件高频振动所致。可能的噪声源有以下几种：正时传动、平衡轴传动、曲轴与变速箱传动、发电机传动[3]。

为了找到噪声源，采用振动测试设备测试发动机的时域振动数据，然后通过FFT 变换设备把时域数据变换成频域数据，再通过分析各个可能产生噪声部件的固有特性，找到产生最大频响的部件。

2 发动机振动数据采集及噪声源分析

2.1 振动试验

在发动机机体上选取测试点，通过振动测试设备得到整个机体内零部件的时域振动数据，对此数据进行信号处理，然后经过频域变换设备得到机体振动的频域信号，再对频域信号进行分析，对应各个部件的固有振动特性来找出振动频响突变的部件。

2.2 数据分析

图1 为振动试验结果。图1 中，横坐标“阶次”为每转一圈敲击或振动的次数。

图1 振动试验结果

从图1 可以看出，低温时高频振动对应44 阶次，而位于曲轴上的平衡轴驱动齿轮的齿数正好为44 齿，判定主要噪声源为驱动齿轮与平衡轴齿轮啮合处。考虑到平衡轴齿轮的振动，考察2 根平衡轴之间的连接，发现50 阶次时振动也较明显，而平衡轴之间连接齿轮的齿数为25 齿，驱动齿轮与平衡轴齿轮的传动比为1 ∶2，所以50 阶次对应的特征正好是2 个平衡轴齿轮啮合处的振动，不过较驱动齿轮与平衡轴齿轮啮合处的振动要小很多。其他阶次无明显振动。说明尖锐的哨声主要是在平衡轴齿轮与驱动齿轮啮合处以及2 个平衡轴齿轮啮合处发生。

曲轴驱动齿轮与2 个平衡轴齿轮的位置示意图如图2 所示。

图2 驱动齿轮与平衡轴齿轮位置示意图

首先测量拆解状态下的平衡轴之间的齿隙。测量拆解后的曲轴箱发现，图2 所示A 处间隙很小，B处间隙为0。产生该问题的原因有2 个，其一为安装平衡轴齿轮的曲轴箱尺寸不合格；其二为2 个平衡轴齿轮加工质量不良，导致相啮合齿轮之间的间隙过小甚至无间隙。

经过检测发现，曲轴箱尺寸合格，排除曲轴箱因素导致哨声产生。更换新的平衡轴后，经测量发现，A、B 处均存在齿隙。因此锁定平衡轴齿轮加工质量不良，相啮合齿轮之间的间隙过小甚至无间隙，导致哨声产生。

旧平衡轴的振动测试结果如图3 所示。

图3 旧平衡轴的振动测试结果

更换新的平衡轴后，再次通过振动测试设备进行测试，新平衡轴的振动测试结果如图4 所示。

图4 新衡轴的振动测试结果

对比图3 和图4 可以看出，在低温条件下，更换新的平衡轴后，位于驱动齿轮与平衡轴齿轮啮合处的振动变得不明显，同时2 个平衡轴齿轮啮合处的振动也减小；在高温条件下，更换新的平衡轴后，驱动齿轮与平衡轴齿轮啮合处的振动减小。

2.3 噪声源分析

经过上述分析，尖锐哨声产生的主要原因为平衡轴齿轮加工质量不良，导致相啮合齿轮的齿隙过小甚至无齿隙，产生哨声。

而发动机起动20 min 后哨声渐渐消失是因为发动机温度升高，铝合金缸体和钢齿轮的热膨胀系数差别较大，在工作过程中产生的热变形量不一样，从而使齿隙变大，哨声消失。

2.4 降低噪声的措施

适当加大图5 所示的曲轴与平衡轴1 中心距C的公差以及平衡轴1 与平衡轴2 中心距D 的公差，见表1。

表1 公差变化

图5 中心距

振动试验结果表明，公差适当加大后，哨声消除。原因是公差适当加大后，可增加齿轮之间的啮合间隙，避免因齿隙过小引起哨声问题。

3 结论

某发动机在冷起动时产生哨声。通过对机体进行振动测试和分析，得出冷起动哨声产生的源头为曲轴驱动齿轮与平衡轴齿轮之间、2 个平衡轴齿轮之间的间隙过小。适当加大曲轴与平衡轴中心距的公差以及2 根平衡轴中心距的公差，可增加齿轮之间的啮合间隙，避免因齿隙过小产生哨声问题。