某國六SUV車型碳罐電磁閥工作引起的車內(nèi)噪聲分析與優(yōu)化

陳 永，楊喜岷

(中國汽車工程研究院股份有限公司NVH技術(shù)中心，重慶 401122)

1 引 言

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)，汽車消費(fèi)者對(duì)汽車產(chǎn)品的整體要求也愈加嚴(yán)格，不僅對(duì)汽車安全性、動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性有很高的追求，同時(shí)也很注重乘坐舒適性，而低噪聲標(biāo)準(zhǔn)是乘坐舒適性的重要指標(biāo)。

當(dāng)前，國內(nèi)排放法規(guī)已經(jīng)從國五升級(jí)到國六，對(duì)燃油蒸發(fā)系統(tǒng)的技術(shù)要求更高，尤其在具備渦輪增壓器的發(fā)動(dòng)機(jī)車輛上，會(huì)配備兩條碳罐脫附管，一條經(jīng)碳罐電磁閥連接到進(jìn)氣歧管的低負(fù)荷脫附管路，另一條經(jīng)碳罐電磁閥連接到空濾出管的高負(fù)荷脫附管路[1]，如圖1所示，這勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致碳罐電磁閥的工作負(fù)荷越來越大，而閥門的高速開合將導(dǎo)致閥體振動(dòng)以及脫附管內(nèi)的壓力脈動(dòng)。另外，通過文獻(xiàn)[2]可以了解到，寒冷環(huán)境下，碳罐電磁閥工作時(shí)，引起車內(nèi)低頻“噠噠聲”異常明顯，造成顧客抱怨。本文針對(duì)某國六SUV汽車燃油蒸發(fā)系統(tǒng)帶來的怠速車內(nèi)“噠噠聲”問題進(jìn)行研究，希望通過一個(gè)簡單有效、成本較低的方法，使怠速車內(nèi)“噠噠聲”消除。

圖1 燃油蒸發(fā)系統(tǒng)工作原理

2 碳罐電磁閥引起車內(nèi)噪聲原理

本文研究對(duì)象是搭載2.0T汽油發(fā)動(dòng)機(jī)以及6AT變速箱的某國六SUV樣車，碳罐電磁閥通過橡膠隔振墊安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上，碳罐安裝在后端車底，連接碳罐和碳罐電磁閥的脫附管通過軟墊卡扣與車身連接。

2.1 碳罐電磁閥工作原理

碳罐內(nèi)壓力達(dá)到一定程度后，碳罐電磁閥閥門打開，將碳罐內(nèi)吸附的燃油蒸汽輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)內(nèi)，閥門的高速開合導(dǎo)致閥體的振動(dòng)以及脫附管內(nèi)的壓力脈動(dòng)[3]。

2.2 碳罐電磁閥振動(dòng)噪聲傳遞至車內(nèi)的模型建立

碳罐電磁閥閥門的高速開合導(dǎo)致閥體的振動(dòng)以及脫附管內(nèi)的壓力脈動(dòng)，然后通過各種路徑傳遞至車身，激勵(lì)車身鈑金件輻射出噪聲。依據(jù)源頭-路徑-響應(yīng)模型建立碳罐電磁閥工作引起車內(nèi)噪聲的模型，如圖2所示。

圖2 碳罐電磁閥工作引起車內(nèi)噪聲模型

激勵(lì)源為碳罐電磁閥閥門的開合引起的振動(dòng)和壓力脈動(dòng)，響應(yīng)點(diǎn)為車內(nèi)噪聲，傳遞路徑有3條。傳遞路徑一：碳罐電磁閥閥門開合產(chǎn)生的噪聲通過空氣傳遞至車內(nèi)；傳遞路徑二：碳罐電磁閥閥門開合引起的振動(dòng)經(jīng)過安裝軟墊隔振后，將衰減后的振動(dòng)傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)本體，然后振動(dòng)又通過懸置進(jìn)行二次隔振傳遞至車身，激勵(lì)車身鈑金件在車內(nèi)輻射出噪聲；傳遞路徑三：碳罐電磁閥閥門開合引起了脫附管中的壓力脈動(dòng)，這種壓力脈動(dòng)通過脫附管和軟墊卡扣傳遞至車身地板，引起地板在車內(nèi)輻射噪聲。

3 怠速“噠噠聲”描述及原因分析

3.1 怠速“噠噠聲”問題描述

在怠速不開空調(diào)情況下，主觀判斷車內(nèi)會(huì)間斷性地出現(xiàn)明顯的“噠噠聲”，持續(xù)時(shí)間較長。該聲音主要表現(xiàn)在后排，中排次之，都不可接受，而前排勉強(qiáng)可接受。將樣車置于背景噪聲為18dB(A)的整車半消聲室內(nèi)，怠速不開空調(diào)熱機(jī)工況下，測(cè)試車內(nèi)噪聲的頻譜數(shù)據(jù)，如圖3所示，經(jīng)過濾波、回放分析車內(nèi)中排噪聲(MM)和后排噪聲(RM)，最終確定引起車內(nèi)“噠噠聲”的主要頻段為450-600Hz，同時(shí)該頻段聲壓級(jí)高于發(fā)動(dòng)機(jī)2階頻率對(duì)應(yīng)聲壓級(jí)。

圖3 車內(nèi)后排(RM)和中排(MM)噪聲頻譜圖

3.2 車內(nèi)“噠噠聲”原因分析

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)、噪聲特征、聽診器診斷、主觀感受等多方面判斷，初步確定450-600Hz頻段與燃油系統(tǒng)有關(guān)，具體地講，與燃油蒸發(fā)系統(tǒng)的碳罐電磁閥有關(guān)。

結(jié)合樣車，首先分析碳罐電磁閥工作車內(nèi)噪聲的傳遞路徑一，碳罐電磁閥工作產(chǎn)生的噪聲主要通過空氣傳遞至車內(nèi)，整車隔聲量的測(cè)試結(jié)果如圖4、圖5所示，450-600Hz之間車內(nèi)隔聲量和某島國對(duì)標(biāo)車處于一個(gè)水平，甚至超越了對(duì)標(biāo)車的隔聲量，可見車身聲學(xué)包滿足設(shè)計(jì)要求。因此，傳遞路徑一對(duì)車內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)相對(duì)比較小。分析傳遞路徑二，碳罐電磁閥閥門開合引起的振動(dòng)經(jīng)過軟墊隔振后，將衰減后的振動(dòng)傳遞至發(fā)動(dòng)機(jī)本體，此時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)本體相當(dāng)于一個(gè)減振質(zhì)量塊，然后振動(dòng)又通過懸置進(jìn)行隔振傳遞至車身，引起鈑金件輻射噪聲，閥門振動(dòng)經(jīng)過3次減振傳遞至車身后，振動(dòng)值非常小，因此，傳遞路徑二對(duì)車內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)也相對(duì)比較小。分析傳遞路徑三，與碳罐電磁閥連接的脫附管通過軟墊卡扣和車身地板連接，一方面由于軟墊卡扣的隔振量有限，另一方面由于高壓脫附管造成的壓力脈動(dòng)本身比較大，會(huì)造成地板的振動(dòng)能量較大，極易引起車內(nèi)輻射噪聲。因此，傳遞路徑三對(duì)車內(nèi)噪聲貢獻(xiàn)相對(duì)要大。

圖4 某SUV樣車和對(duì)標(biāo)車中排(MM)整車隔聲量對(duì)比

圖5 某SUV樣車和對(duì)標(biāo)車后排(RM)整車隔聲量對(duì)比

依托試驗(yàn)室硬件設(shè)施，對(duì)傳遞路徑三進(jìn)行摸底測(cè)試，分別在碳罐電磁閥本體、脫附管、中排地板布置加速度傳感器，在車內(nèi)中排中間、后排中間分別布置校準(zhǔn)過的麥克風(fēng)，在整車半消聲室內(nèi)完成試驗(yàn)測(cè)試。各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)時(shí)域數(shù)據(jù)如圖6所示，從碳罐電磁閥本體到地板振動(dòng)依次降低，地板上振動(dòng)最大值為0.07g，是怠速空調(diào)開振動(dòng)目標(biāo)值的10倍。利用頻譜分析法分析車內(nèi)噪聲與路徑上主要振動(dòng)點(diǎn)的頻譜，如圖7所示，脫附管和中排地板振動(dòng)頻譜圖在450-600Hz之間與車內(nèi)噪聲頻譜圖有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，并且中排地板在這個(gè)區(qū)間內(nèi)振動(dòng)值相當(dāng)大，由此，可以初步確定傳遞路徑三為主要傳遞路徑。

圖6 傳遞路徑上振動(dòng)時(shí)域數(shù)據(jù)對(duì)比

圖7 車內(nèi)噪聲與主要振動(dòng)點(diǎn)頻譜圖對(duì)比

為了驗(yàn)證以上結(jié)論，最佳驗(yàn)證方案為：將脫附管完全從地板上脫離，再測(cè)試和評(píng)價(jià)車內(nèi)“噠噠聲”。主觀評(píng)價(jià)車內(nèi)完全沒有“噠噠聲”存在，測(cè)試結(jié)果如圖8所示，車內(nèi)噪聲在450-600Hz之間的峰值降低很多，脫離脫附管后車內(nèi)中排噪聲在450-600Hz之間降低了5.1dB(A)，后排噪聲降低了7.9dB(A)。脫離后脫附管上振動(dòng)值依然存在，但地板上振動(dòng)峰值消失，因此可以確定，傳遞路徑三是車內(nèi)“噠噠聲”的主要傳遞路徑。

圖8 脫附管脫離后車內(nèi)噪聲與主要振動(dòng)點(diǎn)頻譜圖對(duì)比

4 優(yōu)化方案選擇和優(yōu)化結(jié)果

4.1 優(yōu)化方案選擇

由上可知，傳遞路徑三為車內(nèi)“噠噠聲”的主要傳遞路徑，控制車內(nèi)“噠噠聲”，可以從振動(dòng)源、傳遞路徑以及響應(yīng)點(diǎn)入手。振動(dòng)源即為碳罐電磁閥本體，傳遞路徑為脫附管、軟墊卡扣以及地板，響應(yīng)點(diǎn)為車內(nèi)噪聲。由于樣車已經(jīng)在研發(fā)后期，如果考慮優(yōu)化碳罐電磁閥本體和地板，不僅耗時(shí)，影響項(xiàng)目進(jìn)度，而且也會(huì)影響其他系統(tǒng)的匹配和布置，因此，可以考慮從脫附管上入手。

根據(jù)擴(kuò)張消音器的工作原理[4]，在脫附管靠近碳罐端增加一個(gè)50mL的擴(kuò)張腔體，如圖9所示。

圖9 脫附管上增加50mL擴(kuò)張腔體

4.2 優(yōu)化結(jié)果

根據(jù)以上所述優(yōu)化方案，在整車半消聲室內(nèi)完成試驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果如圖10-圖13所示。優(yōu)化前后，在450-600Hz之間中排噪聲降低了4.9dB(A)，后排噪聲降低了7.8dB(A)，脫附管上振動(dòng)降低了0.038g，中排地板降低了0.006g，車內(nèi)中排總聲壓級(jí)降低了1.3dB(A)，后排總聲壓級(jí)降低了2.7dB(A)，主觀評(píng)價(jià)怠速車內(nèi)“噠噠聲”基本消除，完全可接受，從而證明了該優(yōu)化方案切實(shí)可行。

圖10 優(yōu)化前后車內(nèi)中排噪聲頻譜圖對(duì)比

5 結(jié) 論

本文針對(duì)怠速車內(nèi)“噠噠聲”問題，結(jié)合主觀診斷和工程經(jīng)驗(yàn)將問題范圍縮小到燃油蒸發(fā)系統(tǒng)的碳罐電磁閥上，基于傳遞路徑分析，通過脫離脫附管以及增加擴(kuò)張腔體驗(yàn)證，得到以下結(jié)論：

(1)碳罐電磁閥-脫附管-地板-車內(nèi)為怠速車內(nèi)“噠噠聲”的主要傳遞路徑。

圖11 優(yōu)化前后車內(nèi)后排噪聲頻譜圖對(duì)比

圖12 優(yōu)化前后脫附管上振動(dòng)頻譜圖對(duì)比

(2)怠速“噠噠聲”問題頻段為450-600Hz。

圖13 優(yōu)化前后中排地板振動(dòng)頻譜圖對(duì)比

(3)脫附管上增加50mL的擴(kuò)張腔體后，在450-600Hz之間車內(nèi)中排噪聲降低了4.9dB(A)，后排噪聲降低了7.8dB(A)，脫附管上振動(dòng)降低了0.038g，中排地板振動(dòng)降低了0.006g。

(4)脫附管上增加50mL的擴(kuò)張腔體后，車內(nèi)中排總聲壓級(jí)降低了1.3dB(A)，后排總聲壓級(jí)降低了2.7dB(A)，主觀評(píng)價(jià)完全可接受。