汽车链臂导向的结构优化及改进分析
《装备维修技术》2021年第7期汽车链臂导向的结构优化及改进分析
秦存建
（椿本汽车发动机（上海）有限公司，上海 嘉定 201800）
摘 要：正常工作状况下发动机会发出均匀规律的声响，一旦发动机出现某种故障，在运行过程中就会发出不规律且异常的声音，此时应该及时对异响产生的原因进行诊断并排除故障。本文针对搭载GS42发动机的AS22 MCE在怠速和加速条件下存在异响问题，通过对发动机进行动态测试，确认调整张紧器参数后对于异响是否有改善效果以及寻异响的真正原因。在怠速和加速条件下，结合发动机前罩与张紧器的振动频率数据以及噪声频谱诊断分析，得出了更改张紧器参数可以改善异响，但张紧器不是异响发生的源头，实测结果表明：增大弹簧力和增大单向阀行程可以控制发动机前罩盖发生异响。结合实际应用情况，控制异响最有效的途径是通过对汽车链臂导向结构进行优化设计，减小正时链传动系统导致发动机产生的异响问题。 
关键词：发动机异响；怠速；动态测试；张紧器；链臂导向
随着生活水平的提高，汽车作为代步工具应用越来越广泛，与此同时，人们对车辆的舒适度以及噪声要求逐渐严格，为了提高车辆的舒适性，降低车辆的噪声、振动等问题， NVH性能成为发动机设计过程中
关注的重点，以最大限度地满足使用者对舒适性的要求 [1]。GS发动机又叫顶置发动机，采用顶置凸轮机构，是发动机领域的一种常见结构，由于GS发动机的配气机构更加紧凑使得其加速性能优越，适合高速行驶，且具有油耗低，噪音低等优点，在汽车行业得到广泛使用[2]。本文针对搭载GS42发动机的AS22 MCE在怠速和加速条件下存在异响问题，研究了异响产生的原因以及分析了改善异响的措施，以达到降低发动机异响，提高发动机使用寿命的目的
1、汽车发动机异响产生原因
1.1 链条异响导致发动机发生异响
发动机链条异响产生的原因包括链条张紧装置没有张力、正时链条被抻长、导链板异常磨损、正时链轮异常等原因[3]。链条是带动齿轮的，发动机是高速运转的部件，发动机的正时链条会随着发动机的使用而磨损，使得链条松动，时间长了就会将与齿轮的出现间隙，导致链条与齿轮配合不紧密，在链条运行的时候就会出现异响现象。
1.2 活塞磨损导致发动机发生异响
活塞或气缸在使用过程中由于受到严重磨损使得活塞与气缸的配合间隙超过标准范围，导致发动机在做功的瞬间，由于高压气体压力作用于活塞，使其在气缸内发生摆动从而敲击气缸壁，引起敲击声响，当发动机怠速和加速工作状况下时发动机异响较为严重[4]。
1.3 张紧器故障导致发动机发生异响
张紧器是皮带、链条传动系统上常用的保持装置，主要用于保持皮带、链条在传动过程中可以拥有适当的张紧力，防止链条松动、脱落，减轻链轮、链条磨损，使链条始终处于最佳涨紧状态[5]。当张紧器的张力过大或过小，会产生发动机系统传输链条加剧磨损，当发动机怠速或加速的工作状况下，发动机系统出现较大的异响。
2、汽车发动机异响原因分析及判定
针对搭载GS42发动机的AS22 MCE在怠速和加速条件下存在异响问题，通过对发动机进行动态测试、NV评价以及张力测试，确认调整张紧器参数后对于异响是否有改善效果以及寻异响的真正原因。
2.1 异响判定条件依据确定
2.1.1 NV评价条件
NV评价工况：油温90℃；转速：1900rpm；负载：急加速急减速
2.1.2 结论
基于振动与异响是存在关联的条件下，通过采集前罩盖振动数据，经过NV评价测试验证，前罩盖振动数据可以作为判定异响有无的依据。
2.2 调整张紧器参数对异响的影响
2.2.1 动态测试条件
动态测试工况：油温40℃，80℃；转速：怠速~6000rpm；负载：全载，空载
2.2.2 原因分析
①活塞活动频率对异响的影响
通过张紧器位移得到的colormap分析可知，当转速为2000rpm时，张紧器频率范围在约250Hz以下，受2阶（66Hz）/4阶（133Hz）支配，而异响发生在约2000HZ以上，因此推定异响非张紧器所诱发的，但2000Hz以上的频率是因为张紧器固定在发动机上，因此发动机频率直接传递到张紧器上所致，是不可避免的。更换测试工装后，结果略有差异。
②弹簧力对异响的影响
通过对比不同弹簧力（48N vs 100N）条件下的振动频率数据以及保持力和位移数据发现：当弹簧力为48N时，通过活塞位移数据未发现有敲击止回机构的现象发生，同时保持力未出现为0N的情况，因此，可以排除止回机构与活塞的敲击，以及活塞与动轨的敲击因素；当张紧器弹簧力变为100N时，张紧器的保持力保持上升，但实际峰值较小，且未听到有异响，因此推测试强弹簧力状态下造成的正常现象。
③单向阀行程对异响的影响
通过对比不同单向行程（0.6mm vs 0.2mm）条件下的保持力和位移数据发现：单向阀行程由0.2mm变更为0.6mm后，保持力的突变得到改善，活塞位移的变化更平缓，没有发生急剧变化。
④张紧器壳体（工装件 vs 故障品）对异响的影响
通过对比不同张紧器壳体（工装件 vs 故障品）条件下的动频率数据以及噪声频谱可以发现：使用工装件和故障品的张紧器壳体时，张紧器的保持力和活塞位移表现形式是相同的，因此，不同壳体的振动声音特征是相同的。
2.3 结论
通过调整张紧器参数，发现保持力更稳定无异常变化，而且活塞位移变化更平缓且没有急剧变化，因
此，可以通过更改张紧器的参数：一是加大张紧器弹簧力，二是加大单向阀行程，确实能够改善异响，但张紧器的振动特征与异响没有直接对应关系，异响发生源头并不是张紧器。
3、汽车链臂导向的结构优化和改进分析
为了确保发动机在进气、排气时能够正常工作，因此需要通过发动机正时链条系统去驱动发动机的配气机构，开启进气门使得进气及时，关闭排气门使得排气彻底，因此链条运行的平稳性关乎着汽车的“心脏”发动机的运转，因此为了保证链条运行的平稳性，需要链条保证一定的张力，进而保证与齿轮之间啮合的稳定性，避免脱齿，产生异响。
现有汽车链臂结构是通过链臂底座固定安装在发动机上，对正时链条进行限位功能，在发动机做功的瞬间，正时链条由于受到挤压、振动，导致挤压受损，为了保护正时链条在工作过程中不受压力影响，需要通过防护结构进行保护。目前防护结构大多设置在链臂底座上，但现有结构比较复杂，不便于正时链条的安装、拆卸。
通过对汽车发动机异响原因分析及判定可以排除紧张器参数的影响，因此，基于现有汽车链臂结构的综合考虑，对其结构进行优化改进，为了便于正时链条系统的安装拆卸，因此，可以考虑在链臂接触底座的表面设置滑槽，滑槽的目的一方面是为了对正时链条在做功的瞬间进行防护，从而防止被挤压受损；另一方面是为了对正时链条进行限位功能，避免在工作过程中出现脱落。通过改进链臂结构，
最大限度地确保正时链条系统在发动机做功进行防护防止脱落，同时方便正时链条系统的安装、拆卸，提高链臂结构的实用性。
4、结语
综上所述，通过对现有GS发动机链臂导向结构进行改进，对链臂底座进行结构改进，一方面保护正时链并防止脱落，确保发动机链条系统运行的平稳性；另一方面，使链条保证一定的张力，进而保证与齿轮之间啮合的稳定性，避免脱齿产生异响，降低发动机异响，提高发动机的使用寿命。
参考文献：
[1]张莹，赵乃博，吴丰凯，等.汽车发动机链传动系统NVH改善措
施的研究[J].小型内燃机与车辆技术，2020，49（05）：87-92. [2]程志伟.发动机前端异响的诊断分析和改善[J].声学技术，2018，
37（02）：151-156.
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