起动机噪音优化方案

 起动机噪音优化方案

王健

锦州汉拿电机有限公司 辽宁 锦州 121000

摘要：基于整车市场出现的起动机尾音问题，即发动机点火后，起动机存在短时被反拖状态，起动机电枢降速到停止过程产生，从尾音产生机理进行分析，尾音包括电磁噪音和机械噪音两种，而停止时间是尾音量化的表现形式，作者分析了起动机转子停止时间的主要影响因素，采用增大碳刷弹簧力的方式进行优化，并最终通过了噪音，性能及发动机耐久等多方面测试，为整车起动尾音的优化提供了新的思路。

关键词：起动机；尾音；停止时间；碳刷弹簧力；

引言：起动机是汽车起动系统的重要部件之一。通过蓄电池供电，将电能转化为机械能，带动发动机旋转，而发动机克服活塞阻力，燃料点燃后进行正常运行。一般情况下，起动过程中，整车其它部件都不工作，这样起动过程中所产生的声音，将会特别明显。特别是近些年，国内外整车厂家对NVH的关注度和要求越来，所以整车下线前的起动过程噪音水平，

直接影响客户对汽车整体质量的判断，所以必须对起动机的起动过程噪声进行严格的控制。

本文以国内某款柴油车型的励磁起动机产品做为主要研究对象，通过客户反馈及对返回不良品采用LMS.Test.Lab噪声与振动采集系统的测试数据来看，起动机停止时间过长，导致起动机断电后的噪音,即起动尾音主观评价不良。

尾音产生机理分析：整车环境下，发动机点火成功后，存在短时反拖状态，该时刻起动机电枢转速较高，之后断电，电枢在惯性及内部机械摩擦阻力作用下，逐渐降速停止，起动机从电枢组件断电到停止转动的时间，就是停止时间，这期间发生的噪音就是我们所称的尾音。

尾音主要包括电磁噪音和机械噪音两种，停止时间是尾音量化的一种表现方式，一般行业内采用时间做为评价尾音长短的基准：

电磁噪音：电机在断电后从电动机转变为发电机，电枢转动与磁场相互作用，期间可能产生电磁噪音。但励磁电机主触点断开后，励磁电流消失，磁场消失，电枢转动时无法和磁场相作用。噪音频率可按如下公式计算：f=n/60*电枢槽数*磁极数（n：电机转/分）

电磁噪音，为磁路的不平衡或不平衡磁力及气隙的电磁力波产生之噪音，磁通密度饱和或气隙偏心引起磁的噪音。起动机的电磁噪声的来源：磁场流经电枢与永磁体之间的气隙时，由于电枢的齿槽结构，导致齿距离永磁体较近，槽距离永磁体较远，导致气隙中各点径向场强不同，造成齿与槽位置产生磁密差值，进而对电枢产生径向力波，造成电枢径向振动，产生电磁噪声。且力波的基波阶次为电枢槽数。

机械噪音

①碳刷与换向器摩擦产生噪音，其频率与电磁噪音相同（磁极数与碳刷数相同）

②电枢动平衡，杂物及部件部件尺寸不良一般与振动关联，通常低频较多

停止时间

电枢停止时间主要受惯性和内部机械摩擦阻力影响。一般条件下，摩擦阻力越小，停止时间越长。电枢惯性主要受自身转动惯量影响，电枢内部机械摩擦阻力主要受碳刷弹簧力，轴承摩擦阻力，行星减速机构阻力等影响。

永磁起动机，电枢在惯性旋转时，相当于发电状态，导体切割磁场做功受到阻力，再加上碳刷，轴承，减速机构阻力，停止时间会明显减短。

基本客户反馈问题点和篇幅因素，本文主要对电枢停止时间进行优化，通过降低停止时间，改善对噪音的主观评价，提高噪音品质。通过对尾音产生原理的分析，我们了解到，起动机电枢只要旋转，由于磁场不平衡和碳刷与换向器的摩擦，就会产生电磁和机械噪声，这个无法消除，但停止时间可以采用一些优化方案来缩短时间，降低人耳识别噪音的时长，减弱评价人员或汽车驾驶员对起动机尾音的敏感度，优化噪音评价效果。

方案A.电枢转动惯量优化，可以采取电枢尺寸缩短，外径变小，电枢铁芯片减重等方案上进行优化。电机产品平台确认后，电枢铁芯外径，长度，槽数已进行成熟平台化设计，调整会影响起动机的起动输出性能，同时产品的平台化也会收到影响，一般不建议更改。电枢铁芯减重主要为产品的轻量化设计，通过铁芯片增加去重的均布圆孔，同时保证铁芯足够的产品强度来实现，经检讨目前产品已无优化空间，故本方案未采用。

方案B.增加碳刷弹簧力，增大电枢断电后换向器与碳刷之间的摩擦力，降低起动机停止时间。一般柴油起动机，碳刷弹簧对碳刷的压力20~30N左右。碳刷的磨损主要分为机械磨损和电气磨损，弹簧压力过小，碳刷与换向器接触不稳定，加大碳刷与换向器之间的火花，造成电气磨损大，同时碳刷电压降加大，降低起动机整体输出性能；碳刷弹簧压力大，会造成起动机碳刷与换向器之间机械磨损大，碳刷磨损过快，起动机寿命不足。碳刷的机械磨损和电气磨损成反比关系，一般情况下，起动机产品设计时，根据行业经验，取压力中间值，保证机械磨损和电气磨损适中，当然压力的选择 ，需要结合换向器产品和碳刷成分进行综合判定，业内普遍采用发动机耐久试验验证的方式。

优化方案具体实施及验证：

通过对噪音机理及优化方案的研讨及分析，选用方案B增加碳刷弹簧力的方案进行实施及验证。为了有效的推进优化，同时缩短验证时间，制定两种增大弹簧力方案，①为由碳刷弹簧力从20N提升到25N。②为由碳刷弹簧力从20N提升到30N，分别进行验证。

对优化前后样品采用专用的噪音测试设备进行试验，结果样品为①起动机停止时间由1.78秒缩短为1.42秒，样品②起动机停止时间由1.78秒缩短为1.31秒，并且两种样品主观判断停止时间都有缩短，样品②效果更加明显一些。

产品系统性验证：

针对此次优化方案，为了保证产品可靠性，还需要对起动机进行性能，发动机耐久方面进行验证，通过试验验证起动机性能无明显变化，发动机耐久按照QC/T731-2005国家标准，起动1秒，反拖1秒，休息28秒为1个循环，进行2万次进行，实测优化前后产品寿命都能保证3.5万次以上水平，完全满足标准及整车使用要求。后续样件整车验证过程本文不详细描述，产品验证最终顺利通过，产品方案得到客户认可并批量应用。

结论：

本文探讨了国内某款柴油车型励磁起动机的尾音问题，从产生机理，原因及影响因素进行多方面分析，并结合自身实际工作经验，采用简单快速的优化方案，即增大碳刷弹簧力，降低起动机停止时间，在解决整车实际问题的同时，快速实现量产，保证了公司及客户的利益，同业也为整个汽车行业起动机起动噪音问题解决方面提供经验积累，对解决起动噪音优化整车NVH性能方面具有极大的参考价值。，

参考文献

[1]周海亭，陈光冶.汽车起动机异常噪音诊断与分析[J].振动工程学报，2004，07；

[2]胡明义.汽车起动机结构，原理与检修.北京.机械工业出版社.2007.05

[3]崔祥凯.汽车起动机噪声分析及其改进研究.汽车工程.2015.08作者简介：姓名：王健，出生年月：（1982年8月24日），性别：男，民族：满，学历：大学本科，研究生：车辆工程，职称：副高，研究方向：汽车起动机及新能源汽车电机产品