汽车发动机NVH性能开发与工程实践

近年来，混合动力汽车受到了市场的认可，同时传统燃油汽车也在很多场合发挥重要作用，未来也将保持一定的市场占有率。因此发动机 NVH（噪声、振动与声振粗糙度）性能作为决定车辆舒适性与市场竞争力的核心指标，其技术突破与工程实践始终是行业关注的焦点。由张军博士撰写的《汽车发动机 NVH 性能开发与工程实践》，无疑为该领域献上了一部兼具理论深度与实战价值的精品著作。
本书内容架构清晰完整，以发动机 NVH 性能开发的核心逻辑为脉络，分 8 章系统覆盖从基础理论到工程应用的全维度内容。开篇从发动机振动激励的基本原理切入，深入解析单缸与多缸发动机的振动机理，为后续内容奠定扎实的理论基础；随后细致拆解涡轮增压器系统、进气系统、排气系统、燃油系统等关键部件的 NVH 问题，形成 “原理 - 问题 - 解决方案” 的闭环知识体系。尤为值得称道的是，书中第八章收录了作者亲自牵头解决的多个工程 “疑难杂症” 案例，从混合动力总成粗糙声到排气歧管流致噪声，完整呈现问题排查、机理分析、方案优化的全流程，为读者提供了宝贵的实战参考。
作为长期深耕汽车 NVH 领域的资深专家，作者将 20 年的理论研究与工程经验融入书中，实现了三大鲜明特色：其一，理论与实践深度融合，既系统梳理 NVH 领域的基础理论与前沿技术，又通过大量实测数据、仿真分析和案例复盘，让抽象的技术原理落地为可操作的工程方法；其二，内容覆盖全面且聚焦重点，既涵盖燃油汽车发动机的 NVH 核心问题，又兼顾混合动力发动机的特殊工况需求，贴合当前行业技术发展趋势；其三，技术体系兼具专业性与实用性，书中不仅详细介绍噪声识别、平衡设计等核心技术，还提供了丰富的问题排查思路与解决方案，同时融入国内外最新研究成果与先进测量分析技术，满足不同读者的学习与工作需求。
本书堪称汽车发动机 NVH 领域的 “实战指南”，无论是从事发动机 NVH 性能开发的工程技术人员、动力系统设计的研发从业者，还是高等院校振动噪声方向的师生与科研人员，都能从中获取系统的知识体系与实用的工程方法。相信本书的出版，不仅能为行业解决实际技术难题提供有力支撑，更能助力中国汽车 NVH 领域的技术升级与人才培养，推动行业向更高品质的发展目标迈进。

本书重点针对发动机NVH性能开发过程中的重点机构和零部件系统分别进行了阐述，共分成8章：第1章为发动机振动激励的基本原理和理论基础部分，主要介绍了单缸和多缸发动机的振动激励分析机理。第2章则详细地阐述了发动机平衡性设计开发的概念方法和常见的衍生NVH问题。第3章从发动机噪声的分类、发动机噪声的测试评价及各种类型噪声的识别分析技术等，并提供了较全面的问题分析排查方法和工程解决措施方案。第4章详尽地阐述了各种类型的增压器噪声问题。第5章介绍了进气系统的NVH性能集成开发流程、常见的进气系统噪声问题、进气系统关键零部件的声学特性分析和进气系统的声增强技术。第6章介绍了排气系统NVH性能集成开发的要素、不同消声器类型的声学特性分析和排气系统的常见噪声问题。第7章介绍了发动机燃油系统的噪声问题。第8章介绍了常见的发动机NVH性能开发典型案例。
本书从汽车NVH性能开发工程师的角度出发，努力将基础理论、产品设计、工程经验和措施方案等方面紧密地融合在一起，可以供汽车NVH性能开发工程师、发动机性能集成开发工程师、汽车动力系统设计开发工程师、高等院校振动噪声方向在校学生和科研人员等的阅读参考。

序一
序二
前言
第1章　发动机的振动激励分析1
1.1　发动机曲柄连杆机构的简介1
1.2　中心式曲柄连杆机构的运动学分析4
1.3　偏心式曲柄连杆机构的运动学分析8
1.4　单缸发动机曲柄连杆机构的质量换算9
1.4.1　活塞组的等效质量换算9
1.4.2　曲轴组的等效质量换算10
1.4.3　连杆组的等效质量换算11
1.4.4　曲柄连杆机构的两质点力系简化模型12
1.5　单缸发动机曲柄连杆机构的动力学分析13
1.5.1　缸内气体作用力13
1.5.2　往复惯性力14
1.5.3　离心惯性力15
1.6　单缸发动机曲柄连杆机构的力传递分解和受力分析15
1.6.1　活塞销中心的作用力和力传递分解15
1.6.2　曲柄销中心的力传递分解和受力分析16
1.6.3　曲轴主轴颈的力传递分解和输出转矩16
1.6.4　曲柄连杆机构的气动转矩和惯性转矩17
1.6.5　曲柄连杆机构的倾覆力矩分析18
1.6.6　曲轴主轴颈的反作用力分析18
1.6.7　单缸发动机曲柄连杆机构的激励载荷分析19
1.7　多缸发动机的振动激励分析20
1.7.1　多缸发动机的气缸序号和曲柄图20
1.7.2　多缸发动机的曲柄排列和发火顺序21
1.7.3　多缸发动机激励源的合成分析22
第2章　发动机的平衡性设计分析25
2.1　发动机平衡的基本概念26
2.2　单缸发动机的平衡性分析26
2.2.1　离心惯性力的平衡分析27
2.2.2　往复惯性力的平衡分析28
2.3　直列式多缸发动机的平衡性方法33
2.3.1　多缸发动机旋转离心惯性力和力矩的平衡方法33
2.3.2　多缸发动机往复惯性力和力矩的平衡方法35
2.4　直列式四冲程4缸发动机的平衡机构设计36
2.5　直列式四冲程3缸发动机的平衡机构设计38
2.5.1　3缸发动机激励源分析和平衡方案39
2.5.2　3缸发动机混合动力平台开发的平衡方案41
2.5.3　3缸发动机平衡轴机构的NVH性能测试对比41
2.6　平衡轴机构设计的基本要求43
2.7　平衡轴齿轮传动系统的常见噪声问题44
2.7.1　平衡轴齿轮传动NVH问题的案例44
2.7.2　平衡轴齿轮传动系统NVH性能的控制47
2.7.3　橡胶减振齿轮在平衡轴机构中的应用50
2.7.4　剪刀齿轮在平衡轴机构中的应用51
2.7.5　非金属齿轮在平衡轴机构中的应用52
2.8　仿真分析技术在发动机平衡开发中的应用53
2.9　多缸发动机的内部平衡分析53
第3章　发动机的噪声分析控制55
3.1　发动机噪声的分类55
3.2　发动机辐射噪声的测试评价58
3.2.1　基于整车状态的发动机振动噪声测试评价58
3.2.2　基于发动机NVH台架消声室的发动机辐射噪声测试评价59
3.3　发动机的燃烧噪声62
3.3.1　燃烧噪声的分类63
3.3.2　基于缸内压力频谱特征的燃烧噪声分析64
3.3.3　燃烧噪声的振动噪声传递特征分析67
3.3.4　燃烧噪声开发的控制69
3.4　增压直喷汽油机爆燃噪声的诊断控制71
3.4.1　普通爆燃与超级爆燃72
3.4.2　整车状态的超级爆燃排查诊断73
3.4.3　超级爆燃的影响因素与控制措施74
3.5　发动机的机械噪声简述75
3.6　活塞敲击噪声的分析控制76
3.6.1　常见的活塞敲击现象78
3.6.2　活塞敲击噪声的类型78
3.6.3　活塞敲缸的机理分析79
3.6.4　改善活塞敲缸问题的措施方案80
3.6.5　活塞销敲击的机理分析82
3.6.6　常见的活塞销敲击现象83
3.6.7　改善活塞销敲击问题的措施方案83
3.7　配气机构噪声的分析控制84
3.7.1　配气机构气门驱动方式的类型85
3.7.2　配气机构的常见噪声问题87
3.7.3　改善配气机构噪声问题的措施方案89
3.8　正时链传动噪声的分析控制96
3.8.1　正时链传动与正时同步带传动的性能比较97
3.8.2　正时链传动系统的结构组成99
3.8.3　 正时链传动的不均匀性分析（多边形效应）102
3.8.4　正时链传动系统的常见噪声问题104
3.8.5　改善正时链传动系统噪声问题的措施方案107
3.9　正时同步带传动噪声的分析控制112
3.9.1　正时同步带传动系统的结构组成112
3.9.2　正时同步带的振动特性分析116
3.9.3　正时同步带传动系统的常见噪声问题118
3.9.4　改善正时同步带传动系统噪声问题的措施方案122
3.10　发动机前端附件驱动系统噪声的分析控制125
3.10.1　发动机前端附件驱动系统的结构组成126
3.10.2　发动机前端附件驱动系统的振动特性分析131
3.10.3　多楔带传动的弹性滑动与打滑132
3.10.4　发动机前端附件驱动系统的常见噪声问题134
3.10.5　改善发动机前端附件驱动系统噪声问题的措施方案140
3.11　发动机噪声的识别分析技术143
3.11.1　发动机噪声识别方法的分类144
3.11.2　传统的发动机噪声识别方法145
3.11.3　基于信号处理技术的发动机噪声识别方法150
3.11.4　基于声学传感器阵列的发动机噪声识别方法156
3.11.5　基于智能网联技术的发动机噪声识别方法159
第4章　废气涡轮增压器系统的噪声分析控制161
4.1　废气涡轮增压系统的结构组成165
4.1.1　废气涡轮系统165
4.1.2　压气机系统167
4.1.3　中间轴承系统168
4.1.4　废气旁通阀系统169
4.1.5　进气旁通阀系统169
4.1.6　中冷器170
4.2　废气涡轮增压噪声的分类171
4.3　喘振172
4.3.1　喘振的常见工况172
4.3.2　喘振的类型173
4.3.3　喘振的机理174
4.3.4　喘振的识别方法175
4.3.5　改善喘振问题的措施方案175
4.4　轻度喘振噪声177
4.5　泄气声180
4.6　同步噪声183
4.6.1　同步脉冲噪声185
4.6.2　同步振动噪声186
4.6.3　同步脉冲噪声与同步振动噪声的识别190
4.7　次同步噪声191
4.7.1　轴承类型与油膜稳定性191
4.7.2　次同步噪声与油膜涡动193
4.7.3　径向轴承浮环类型与油膜涡动195
4.7.4　改善次同步噪声问题的措施方案196
4.8　次同步纯音197
4.9　超同步脉冲噪声198
4.10　高阶谐次噪声199
4.11　叶片通过频率噪声201
4.12　叶尖间隙气动噪声203
4.13　电锯噪声205
4.14　执行器异响207
4.14.1　废气旁通阀执行器的异响问题207
4.14.2　进气旁通阀执行器的异响问题208
第5章　进气系统NVH开发与工程实践210
5.1　基于整车的进气系统NVH性能集成开发流程211
5.2　进气系统的常见噪声问题213
5.2.1　进气系统的周期性压力脉动噪声213
5.2.2　进气系统的湍流噪声213
5.2.3　进气系统的气柱共振噪声214
5.2.4　进气系统的赫姆霍兹共振噪声214
5.3　进气系统NVH零部件的声学特性分析214
5.3.1　空滤器的声学特性设计 215
5.3.2　低频谐振腔的声学特性分析220
5.3.3　1/4波长管的声学特性分析221
5.3.4　1/2波长管的声学特性分析223
5.3.5　高频谐振腔的声学特性分析223
5.3.6　编织管的声学特性分析226
5.4　进气系统的声增强技术227
5.4.1　进气系统的声传导增强装置228
5.4.2　进气系统的电子模拟声装置230
第6章　排气系统NVH开发与工程实践231
6.1　排气系统NVH开发概述231
6.1.1　排气系统的结构组成231
6.1.2　排气系统的主要功能和设计要点232
6.1.3　基于整车的排气系统NVH性能集成开发流程介绍233
6.2　排气系统消声器的声学特性分析237
6.2.1　排气系统的阻性消声器238
6.2.2　排气系统的抗性消声器239
6.2.3　排气系统的复合阻抗式消声器241
6.2.4　排气系统的扩散式消声器242
6.3　排气系统的常见噪声问题243
6.3.1　排气系统的周期性压力脉动噪声244
6.3.2　排气系统的管路驻波噪声244
6.3.3　排气系统的赫姆霍兹共振噪声245
6.3.4　排气系统的孔腔流激振荡噪声245
6.3.5　排气系统的冲击波噪声247
6.3.6　排气系统的气流噪声249
6.3.7　排气系统的异响251
6.4　排气系统的双模式控制技术252
6.4.1　双模式排气系统的阀门装置和驱动方式252
6.4.2　双模式排气系统的匹配开发要点253
第7章　燃油系统噪声的分析控制255
7.1　发动机燃油系统噪声控制的概述255
7.1.1　发动机燃油系统的组成255
7.1.2　发动机燃油系统的功能作用255
7.1.3　怠速工况的发动机高压燃油喷射系统噪声分析256
7.2　喷油器噪声的分析控制257
7.2.1　喷油器的工作原理257
7.2.2　喷油器噪声问题的现象机理258
7.2.3　改善喷油器噪声问题的措施方案259
7.3　高压油泵噪声的分析控制261
7.3.1　高压油泵的工作原理261
7.3.2　高压油泵噪声问题的现象机理262
7.3.3　改善高压油泵噪声问题的措施方案262
7.4　炭罐电磁阀噪声的分析控制264
7.4.1　炭罐电磁阀的工作原理264
7.4.2　炭罐电磁阀噪声问题的现象机理266
7.4.3　改善炭罐电磁阀噪声问题的措施方案266
第8章　发动机NVH性能开发案例269
8.1　混合动力总成系统的发动机加速粗糙声269
8.1.1　问题现象269
8.1.2　解决思路270
8.1.3　措施方案271
8.2　前端附件轮系传动带的横向振动噪声异响271
8.2.1　问题现象271
8.2.2　问题测试和排查分析272
8.2.3　曲轴转动激励的测试对比273
8.2.4　整车静置状态的附件传动带频响特征测试274
8.2.5　措施方案275
8.3　BSG混合动力发动机的前端轮系传动带纵向振动控制与压缩机啸叫275
8.3.1　问题现象275
8.3.2　问题测试和排查分析276
8.3.3　潜在的机理分析278
8.3.4　解决思路280
8.3.5　措施方案281
8.4　急加速过程的节气门啸叫281
8.4.1　问题现象281
8.4.2　问题测试和排查分析282
8.4.3　潜在的机理分析283
8.4.4　措施方案284
8.5　不锈钢排气歧管的流致噪声问题分析控制285
8.5.1　问题现象285
8.5.2　问题测试和排查分析285
8.5.3　潜在的机理分析287
8.5.4　排气歧管的流致噪声CFD仿真分析优化287
8.5.5　措施方案288
8.6　怠速关空调工况燃油管路压力脉动引起的车内噪声289
8.6.1　问题现象289
8.6.2　排查分析289
8.6.3　潜在的机理分析290
8.6.4　解决思路291
8.6.5　措施方案292
8.7　发动机凸轮轴直驱的旋片式机械真空泵噪声问题分析优化293
8.7.1　问题背景293
8.7.2　问题测试和排查分析293
8.7.3　机械真空泵脉动噪声的传递路径分析296
8.7.4　解决思路297
8.7.5　措施方案297
参考文献299