某国六SUV车型碳罐电磁阀工作引起的车内噪声分析与优化

2020-08-18杨喜岷

工程与试验 2020年2期

陈永，杨喜岷

(中国汽车工程研究院股份有限公司NVH技术中心，重庆 401122)

1 引言

随着汽车行业的快速发展和转型升级，汽车消费者对汽车产品的整体要求也愈加严格，不仅对汽车安全性、动力性和燃油经济性有很高的追求，同时也很注重乘坐舒适性，而低噪声标准是乘坐舒适性的重要指标。

当前，国内排放法规已经从国五升级到国六，对燃油蒸发系统的技术要求更高，尤其在具备涡轮增压器的发动机车辆上，会配备两条碳罐脱附管，一条经碳罐电磁阀连接到进气歧管的低负荷脱附管路，另一条经碳罐电磁阀连接到空滤出管的高负荷脱附管路[1]，如图1所示，这势必会导致碳罐电磁阀的工作负荷越来越大，而阀门的高速开合将导致阀体振动以及脱附管内的压力脉动。另外，通过文献[2]可以了解到，寒冷环境下，碳罐电磁阀工作时，引起车内低频“哒哒声”异常明显，造成顾客抱怨。本文针对某国六SUV汽车燃油蒸发系统带来的怠速车内“哒哒声”问题进行研究，希望通过一个简单有效、成本较低的方法，使怠速车内“哒哒声”消除。

图1 燃油蒸发系统工作原理

2 碳罐电磁阀引起车内噪声原理

本文研究对象是搭载2.0T汽油发动机以及6AT变速箱的某国六SUV样车，碳罐电磁阀通过橡胶隔振垫安装在发动机上，碳罐安装在后端车底，连接碳罐和碳罐电磁阀的脱附管通过软垫卡扣与车身连接。

2.1 碳罐电磁阀工作原理

碳罐内压力达到一定程度后，碳罐电磁阀阀门打开，将碳罐内吸附的燃油蒸汽输送到发动机进气系统内，阀门的高速开合导致阀体的振动以及脱附管内的压力脉动[3]。

2.2 碳罐电磁阀振动噪声传递至车内的模型建立

碳罐电磁阀阀门的高速开合导致阀体的振动以及脱附管内的压力脉动，然后通过各种路径传递至车身，激励车身钣金件辐射出噪声。依据源头-路径-响应模型建立碳罐电磁阀工作引起车内噪声的模型，如图2所示。

图2 碳罐电磁阀工作引起车内噪声模型

激励源为碳罐电磁阀阀门的开合引起的振动和压力脉动，响应点为车内噪声，传递路径有3条。传递路径一：碳罐电磁阀阀门开合产生的噪声通过空气传递至车内；传递路径二：碳罐电磁阀阀门开合引起的振动经过安装软垫隔振后，将衰减后的振动传递至发动机本体，然后振动又通过悬置进行二次隔振传递至车身，激励车身钣金件在车内辐射出噪声；传递路径三：碳罐电磁阀阀门开合引起了脱附管中的压力脉动，这种压力脉动通过脱附管和软垫卡扣传递至车身地板，引起地板在车内辐射噪声。

3 怠速“哒哒声”描述及原因分析

3.1 怠速“哒哒声”问题描述

在怠速不开空调情况下，主观判断车内会间断性地出现明显的“哒哒声”，持续时间较长。该声音主要表现在后排，中排次之，都不可接受，而前排勉强可接受。将样车置于背景噪声为18dB(A)的整车半消声室内，怠速不开空调热机工况下，测试车内噪声的频谱数据，如图3所示，经过滤波、回放分析车内中排噪声(MM)和后排噪声(RM)，最终确定引起车内“哒哒声”的主要频段为450-600Hz，同时该频段声压级高于发动机2阶频率对应声压级。

图3 车内后排(RM)和中排(MM)噪声频谱图

3.2 车内“哒哒声”原因分析

根据工程经验、噪声特征、听诊器诊断、主观感受等多方面判断，初步确定450-600Hz频段与燃油系统有关，具体地讲，与燃油蒸发系统的碳罐电磁阀有关。

结合样车，首先分析碳罐电磁阀工作车内噪声的传递路径一，碳罐电磁阀工作产生的噪声主要通过空气传递至车内，整车隔声量的测试结果如图4、图5所示，450-600Hz之间车内隔声量和某岛国对标车处于一个水平，甚至超越了对标车的隔声量，可见车身声学包满足设计要求。因此，传递路径一对车内噪声贡献相对比较小。分析传递路径二，碳罐电磁阀阀门开合引起的振动经过软垫隔振后，将衰减后的振动传递至发动机本体，此时，发动机本体相当于一个减振质量块，然后振动又通过悬置进行隔振传递至车身，引起钣金件辐射噪声，阀门振动经过3次减振传递至车身后，振动值非常小，因此，传递路径二对车内噪声贡献也相对比较小。分析传递路径三，与碳罐电磁阀连接的脱附管通过软垫卡扣和车身地板连接，一方面由于软垫卡扣的隔振量有限，另一方面由于高压脱附管造成的压力脉动本身比较大，会造成地板的振动能量较大，极易引起车内辐射噪声。因此，传递路径三对车内噪声贡献相对要大。

图4 某SUV样车和对标车中排(MM)整车隔声量对比

图5 某SUV样车和对标车后排(RM)整车隔声量对比

依托试验室硬件设施，对传递路径三进行摸底测试，分别在碳罐电磁阀本体、脱附管、中排地板布置加速度传感器，在车内中排中间、后排中间分别布置校准过的麦克风，在整车半消声室内完成试验测试。各测点的振动时域数据如图6所示，从碳罐电磁阀本体到地板振动依次降低，地板上振动最大值为0.07g，是怠速空调开振动目标值的10倍。利用频谱分析法分析车内噪声与路径上主要振动点的频谱，如图7所示，脱附管和中排地板振动频谱图在450-600Hz之间与车内噪声频谱图有一一对应关系，并且中排地板在这个区间内振动值相当大，由此，可以初步确定传递路径三为主要传递路径。

图6 传递路径上振动时域数据对比

图7 车内噪声与主要振动点频谱图对比

为了验证以上结论，最佳验证方案为：将脱附管完全从地板上脱离，再测试和评价车内“哒哒声”。主观评价车内完全没有“哒哒声”存在，测试结果如图8所示，车内噪声在450-600Hz之间的峰值降低很多，脱离脱附管后车内中排噪声在450-600Hz之间降低了5.1dB(A)，后排噪声降低了7.9dB(A)。脱离后脱附管上振动值依然存在，但地板上振动峰值消失，因此可以确定，传递路径三是车内“哒哒声”的主要传递路径。

图8 脱附管脱离后车内噪声与主要振动点频谱图对比

4 优化方案选择和优化结果

4.1 优化方案选择

由上可知，传递路径三为车内“哒哒声”的主要传递路径，控制车内“哒哒声”，可以从振动源、传递路径以及响应点入手。振动源即为碳罐电磁阀本体，传递路径为脱附管、软垫卡扣以及地板，响应点为车内噪声。由于样车已经在研发后期，如果考虑优化碳罐电磁阀本体和地板，不仅耗时，影响项目进度，而且也会影响其他系统的匹配和布置，因此，可以考虑从脱附管上入手。

根据扩张消音器的工作原理[4]，在脱附管靠近碳罐端增加一个50mL的扩张腔体，如图9所示。

图9 脱附管上增加50mL扩张腔体

4.2 优化结果

根据以上所述优化方案，在整车半消声室内完成试验测试，结果如图10-图13所示。优化前后，在450-600Hz之间中排噪声降低了4.9dB(A)，后排噪声降低了7.8dB(A)，脱附管上振动降低了0.038g，中排地板降低了0.006g，车内中排总声压级降低了1.3dB(A)，后排总声压级降低了2.7dB(A)，主观评价怠速车内“哒哒声”基本消除，完全可接受，从而证明了该优化方案切实可行。