柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛的關(guān)鍵NVH問題

• 柴油機(jī)燃燒過程中聲輻射水平較高，聲品質(zhì)較差（敲缸聲音明顯）。

• 由于壓縮比較大，柴油機(jī)的振動(dòng)水平較高，尤其是怠速和發(fā)動(dòng)機(jī)啟/停階段 。

• 由于缸壓較高以及扭矩回沖，柴油機(jī)的扭轉(zhuǎn)水平也較高。


圖1 某車企的三缸柴油機(jī)

燃燒噪聲

達(dá)到一個(gè)較低的燃燒噪聲水平通常是柴油機(jī)開發(fā)過程中的一個(gè)關(guān)鍵要求，尤其是低轉(zhuǎn)速某些負(fù)載下更是如此，因?yàn)榇藭r(shí)其他噪聲源（比如風(fēng)噪和路噪）產(chǎn)生的遮蔽效應(yīng)較小。
近些年，燃油共軌技術(shù)確實(shí)顯著降低了柴油機(jī)的燃燒噪聲，但更嚴(yán)的法規(guī)將逐步蠶食目前取得的優(yōu)勢(shì)。

除了發(fā)動(dòng)機(jī)本體之外，車輛自身的隔吸聲能力也是獲得一個(gè)較低燃燒噪聲水平的關(guān)鍵。車輛的隔吸聲能力受控于內(nèi)飾材料的隔吸聲性能以及車輛的密封性能。

怠速噪聲與振動(dòng)

對(duì)于柴油機(jī)在怠速工況，除了要關(guān)注高頻燃燒噪聲之外，還需考慮發(fā)動(dòng)機(jī)懸置處較大的傳遞力所引起的振動(dòng)以及結(jié)構(gòu)聲問題。對(duì)于懸置系統(tǒng)來(lái)說，需要提供更高的隔振性能。不僅要考慮懸置的結(jié)構(gòu)、數(shù)量、安裝位置、剛度還需考慮懸置系統(tǒng)與車身其他零部件的模態(tài)耦合可能。

結(jié)構(gòu)傳播噪聲

盡管與普通汽油機(jī)相比，柴油機(jī)的工作轉(zhuǎn)速范圍較窄，并因此降低了發(fā)動(dòng)機(jī)基頻激勵(lì)車輛零部件共振的幾率，但柴油機(jī)車輛的結(jié)構(gòu)傳播噪聲仍然是一個(gè)非常重要的問題。這主要是由于低轉(zhuǎn)速時(shí)較高的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩以及較大的動(dòng)態(tài)力水平會(huì)作用在傳動(dòng)軸和發(fā)動(dòng)機(jī)懸置上，從而導(dǎo)致相關(guān)的NVH問題。

發(fā)動(dòng)機(jī)啟/停振動(dòng)

對(duì)于柴油機(jī)來(lái)說，怠速時(shí)振動(dòng)較大主要是由于缸壓較大以及扭矩反沖引起的，正因如此，為了降低力傳遞，懸置系統(tǒng)需要做的更軟，比如需要將P/T Roll模態(tài)做的更低，這將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)啟/停過程振動(dòng)更大。更軟的懸置也會(huì)影響車輛的操縱性能，比如Tip-in/out會(huì)導(dǎo)致過大的沖擊以及車輛的shuffle振動(dòng)。

控制策略：為了提高EGR水平，很多柴油機(jī)制造商在進(jìn)氣系統(tǒng)上增加一個(gè)節(jié)氣門，這可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)停止過程中的缸內(nèi)泵壓，進(jìn)而降低停止過程中的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)。在懸置系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，保證懸置系統(tǒng)的彈性軸與TRA重合，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)過程中任意方向的水平振動(dòng)。

進(jìn)排氣噪聲

當(dāng)今大部分柴油機(jī)都使用渦輪增壓技術(shù)，渦輪增壓器本身會(huì)帶來(lái)一些NVH問題（如，whistle, squeal, whoosh噪聲等）。同時(shí)渦輪增壓器會(huì)導(dǎo)致排氣系統(tǒng)內(nèi)氣流流速增加，并產(chǎn)生一些高頻湍流噪聲（氣體沖擊噪聲）。為了降低氣體沖擊噪聲而增大排氣管直徑還需考慮對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)低階次噪聲的影響。

與傳統(tǒng)汽油機(jī)相比，柴油機(jī)由于沒有節(jié)氣門，在一些負(fù)載工況和巡航工況下，進(jìn)氣口噪聲普遍偏高。因此在設(shè)計(jì)進(jìn)氣系統(tǒng)時(shí)不僅要考慮進(jìn)氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（比如使用更大容積的進(jìn)氣系統(tǒng)，使用亥姆霍茲共振腔、1/4波長(zhǎng)管等），還需考慮把進(jìn)氣口放在噪聲靈敏度較低的位置。
廢氣再循環(huán)（EGR）系統(tǒng)也會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的NVH問題。

發(fā)動(dòng)機(jī)本體振動(dòng)的增大也會(huì)導(dǎo)致進(jìn)排氣系統(tǒng)振動(dòng)增大，這些振動(dòng)會(huì)通過吊耳或與車身連接點(diǎn)傳遞至車身引起結(jié)構(gòu)聲問題。同時(shí)排氣系統(tǒng)上的顆粒物凈化裝置也會(huì)影響排氣系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。

變速器噪聲

與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)缸內(nèi)壓力較大，扭矩反沖較強(qiáng)，因此具有較大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。因此，對(duì)于柴油機(jī)車輛，齒輪敲擊問題更為突出。所以，柴油機(jī)上普遍使用雙質(zhì)量飛輪（DMF）以降低扭轉(zhuǎn)振動(dòng)向變速器的傳遞，但這會(huì)導(dǎo)致曲軸和前端附件振動(dòng)增大。這會(huì)引起另一些NVH問題。

通過噪聲和外部噪聲

柴油機(jī)本體的高輻射噪聲不僅影響車內(nèi)噪聲，也影響車外噪聲。當(dāng)今車輛的車外噪聲不僅要滿足通過噪聲法規(guī)，還需向聲音接受者傳遞一個(gè)良好的聲品質(zhì)印象。使用發(fā)動(dòng)機(jī)隔聲罩以達(dá)到法規(guī)和聲品質(zhì)的要求需要進(jìn)行仔細(xì)設(shè)計(jì)，因?yàn)楦袈曊挚赡軙?huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻和車輛的空氣動(dòng)力學(xué)性能產(chǎn)生影響。

進(jìn)排氣系統(tǒng)通過是通過噪聲的主要貢獻(xiàn)源。對(duì)于排氣系統(tǒng)來(lái)說，氣流的沖擊噪聲也是一個(gè)普遍考慮的因素，缺少節(jié)氣門的進(jìn)氣系統(tǒng)噪聲也可能在某些情況下對(duì)通過噪聲起到很大的貢獻(xiàn)。

與傳統(tǒng)汽油機(jī)相比，柴油機(jī)傾向于在更低轉(zhuǎn)速上輸出更大扭矩，這也會(huì)對(duì)車輛通過噪聲產(chǎn)生影響。

柴油機(jī)與汽油機(jī)相比NVH性能存在的主要差異

同等排量的柴油機(jī)比汽油機(jī)輻射噪聲更高。與汽油機(jī)相比，柴油機(jī)的燃油噴射系統(tǒng)和燃燒過程會(huì)產(chǎn)生較差的聲品質(zhì)問題。

與汽油機(jī)相比，現(xiàn)有柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)懸置的振動(dòng)水平更高，曲軸扭振問題也很普遍。這源于柴油機(jī)具有較高的缸內(nèi)峰值壓力以及較大的壓力變化率。因此，當(dāng)把柴油機(jī)安裝到車身上后（一般為汽油機(jī)設(shè)計(jì)），NVH性能需要做較大的改善。


圖2 橫置手動(dòng)渦輪增壓柴油機(jī)懸置布置