汽油車供油系統(tǒng)噪聲控制

摘 要：汽車車內(nèi)噪聲作為評價汽車舒適性的重要指標之一，目前已受到越來越多的關注，也是各整車廠主要的研究方向。供油系統(tǒng)作為整車的重要組成部分，其對車內(nèi)噪聲的貢獻不容忽視。文章從車內(nèi)噪聲產(chǎn)生機理、供油系統(tǒng)工作原理出發(fā)，分析供油系統(tǒng)噪聲來源，并結合吉利某電噴汽油車供油系統(tǒng)的降噪過程，提出了實際應用的供油系統(tǒng)噪聲控制方法。

關鍵詞：汽車；汽油車；供油系統(tǒng)；振動；噪聲；控制

1 概述

隨著國內(nèi)汽車技術的不斷發(fā)展以及人們對汽車性能要求的提高，在滿足汽車功能需求的基礎上，舒適性已成為評價整車性能優(yōu)劣的重要指標。汽車車內(nèi)噪聲作為評價汽車舒適性的重要指標之一，國內(nèi)各整車廠都對其制定了嚴格的標準，并花費大量人力物力進行競品分析及研究工作。

供油系統(tǒng)噪聲作為整車車內(nèi)噪聲的重要組成部分，要降低供油系統(tǒng)噪聲，就必須了解該系統(tǒng)的組成、工作原理，識別出系統(tǒng)噪聲來源，根據(jù)具體要求采用不同降噪措施，控制噪聲源或者切斷傳播途徑，從而達到噪聲目標值。在吉利某電噴汽油車開發(fā)過程中，為確保供油系統(tǒng)噪聲達標，進行了大量的試驗驗證工作。

2 供油系統(tǒng)的組成、原理

供油系統(tǒng)降噪主要考慮兩個方面：零部件本體噪聲、系統(tǒng)噪聲。其中零部件噪聲主要從工作原理出發(fā)，系統(tǒng)噪聲主要考慮系統(tǒng)結構的振動噪聲。因此，了解供油系統(tǒng)的組成、原理是必須的。

2.1 供油系統(tǒng)組成

文章所指的整車供油系統(tǒng)包括加油管到發(fā)動機油軌間的組成，其功能是儲存滿足整車續(xù)航里程的燃油；在不同工況下，為發(fā)動機提供合適壓力、流量的清潔燃油，保證發(fā)動機的正常工作；對供油系統(tǒng)的蒸發(fā)污染物（主要是燃油蒸汽）進行控制，以符合標準要求。

根據(jù)發(fā)動機電噴系統(tǒng)差異，供油系統(tǒng)結構分為有回油、無回油、短回油三種，但無論何種結構，其主要組成零部件均為加油管、燃油箱總成、燃油泵總成、燃油濾清器、燃油管路、碳罐等，主要差異點為燃油泵結構和管路結構，目前國內(nèi)整車廠主要使用短回油結構。其系統(tǒng)組成、原理如圖1所示。

2.2 供油系統(tǒng)工作原理

加油過程中，燃油由加油管進入燃油箱進行貯存；當發(fā)動機工作時，燃油泵將燃油從燃油箱中泵出，經(jīng)過燃油濾清器過濾后，燃油經(jīng)地板燃油管路被輸送到油軌，由發(fā)動機噴嘴噴射到發(fā)動機缸中參與燃燒；在燃油泵自帶的壓力調(diào)節(jié)閥作用下，多余的燃油在燃油濾清器末端返回燃油箱。

燃油箱中的燃油蒸汽通過重力閥輸送到碳罐，并被碳罐里的活性炭吸附；當發(fā)動機工作時，碳罐電磁閥通過ECU控制其開啟，碳罐活性炭上的汽油顆粒通過進氣氣流沖洗（脫附）帶入燃燒室參與燃燒。

3 供油系統(tǒng)的噪聲來源

3.1 車內(nèi)噪聲產(chǎn)生機理

車內(nèi)噪聲的傳播途徑有兩類：固體傳播、空氣傳播。從此兩類傳播途徑分析，車內(nèi)噪聲來源主要有：車外噪聲由空氣通過車身壁板及孔、縫隙等傳至車內(nèi)；車外噪聲作用于車身壁板引起壁板振動輻射形成的車內(nèi)噪聲；車身連接固體部件振動引起的車身振動，進而產(chǎn)生車內(nèi)噪聲；以及車內(nèi)部件振動噪聲，電子電器系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲等。如果外部激勵與車身結構的固有頻率一致，則會產(chǎn)生共振，加大車內(nèi)噪聲。實踐表明，中低頻（30～400Hz）車內(nèi)噪聲主要由固體傳播這一途徑造成，而高頻車內(nèi)噪聲則以空氣傳播為主。如果能夠削弱或消除固體傳播，則可使車內(nèi)噪聲大大降低[1]。

3.2 供油系統(tǒng)噪聲來源及傳播途徑

供油系統(tǒng)對車內(nèi)噪聲貢獻較大的部件有燃油泵、燃油箱、燃油管路，因此供油系統(tǒng)的噪聲來源主要是這些零部件。從車內(nèi)噪聲產(chǎn)生的機理出發(fā)，供油系統(tǒng)噪聲來源主要有：電動燃油泵壓力波動和本身振動所產(chǎn)生的噪聲、燃油箱振動產(chǎn)生的噪聲、燃油管路中油壓脈動產(chǎn)生的振動通過車身輻射到車內(nèi)；發(fā)動機、燃油泵等運轉部件的振動經(jīng)燃油管路傳播，輻射到車內(nèi)。具體分析如下：

3.2.1 燃油泵噪聲。燃油泵工作過程中，進出油口處周期性的壓力波動被傳遞到燃油管路，引起管路振動。同時，燃油泵殼體振動也以彎曲和扭轉波在燃油管路上傳播，將噪聲輻射至車內(nèi)。

同時，燃油泵工作時自身的振動通過燃油泵法蘭、燃油泵支架等固件傳遞至汽車管路、燃油箱及其他連接構件上，此類共振再經(jīng)過燃油箱等構件傳到車身上，可能產(chǎn)生共振，加強車內(nèi)噪聲。

裝在燃油箱內(nèi)燃油泵的油泵殼體的高頻振動，傳入燃油中，并經(jīng)過燃油傳至油箱壁，后者受激振動而產(chǎn)生輻射噪聲。此類高頻噪聲很容易被隔音材料吸收，難以傳入車內(nèi)。

3.2.2 燃油箱噪聲。目前應用較為廣泛的是塑料燃油箱，壁厚約5mm，作為貯存燃油之用。在車輛行駛過程中進行制動、轉彎或起步時，燃油箱內(nèi)的燃油會因慣性作用在箱內(nèi)晃動，沖擊燃油箱內(nèi)壁，引起燃油箱振動，形成噪聲傳至車內(nèi)，即液體晃動噪聲。

此類噪聲分為兩類：一是車輛運動狀態(tài)改變時，燃油因慣性撞擊燃油箱內(nèi)表面產(chǎn)生振動，此振動經(jīng)車身傳遞至車內(nèi)。聲音較為沉悶，在透明塑料燃油箱的臺架噪聲試驗中，觀察較為清晰，能明顯感覺到燃油箱的振動，其噪聲強弱與車輛的減速度成正比；二是燃油箱設計時自帶的局部內(nèi)壁凸起或凹陷結構，燃油晃動過程中會進入這些區(qū)域，壓縮空氣，產(chǎn)生噪聲，并通過空氣傳播，該類噪聲主要發(fā)生在油箱內(nèi)的燃油接近滿油位時，燃油箱無明顯振動感覺。在實際應用過程中，以上兩種噪聲較難區(qū)分，并相互影響。

3.2.3 燃油管路噪聲。產(chǎn)生振動噪聲的汽車燃油管路主要指燃油泵至發(fā)動機油軌段，地板燃油管路多用金屬管或尼龍塑料管，燃油泵與燃油濾清器之間、發(fā)動機艙燃油管路多為尼龍塑料管，燃油管路通常用塑料或金屬管卡固定在車身上。

燃油管路噪聲主要是結構振動噪聲，結構振動噪聲是指燃油管路在激振力的作用下振動而輻射的噪聲。這些激振源包括發(fā)動機、燃油箱、燃油泵的振動，以及與燃油管路連接的底盤零部件的振動；同時因發(fā)動機工況不同產(chǎn)生的油軌內(nèi)周期性壓力波動被傳遞到燃油管路，然后通過燃油管路的傳播，引起燃油管路載波振動。這些振源在汽車啟動或行駛時產(chǎn)生振動，傳遞到燃油管路，激發(fā)與之通過管卡連接的車身壁板振動并向車內(nèi)輻射形成噪聲。實際上，這些振動是與車外聲波激發(fā)的車身壁板振動疊加在一起的，很難區(qū)分開來。

4 供油系統(tǒng)的噪聲控制

為了控制供油系統(tǒng)噪聲，從其產(chǎn)生機理出發(fā)，在識別出供油系統(tǒng)噪聲來源之后，就可結合實車NVH目標及現(xiàn)狀，提出切實可行的供油系統(tǒng)降噪方案。供油系統(tǒng)噪聲控制從零部件單體噪聲和系統(tǒng)噪聲考慮。以下以吉利某電噴汽油車供油系統(tǒng)降噪為例，討論供油系統(tǒng)的噪聲控制措施。（注：該車前期開發(fā)時已進行燃油箱、燃油泵噪聲優(yōu)化達標）

4.1 問題分析

吉利某電噴汽油車在NVH開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)：發(fā)動機怠速工況下，駕駛員主觀評價車內(nèi)噪聲較競品車高，并伴有“噠噠”聲，會影響汽車的舒適性，要求各系統(tǒng)進行NVH優(yōu)化，故進行供油系統(tǒng)噪聲測試，并據(jù)此制定優(yōu)化措施。

為更客觀分析供油系統(tǒng)對車內(nèi)噪聲的影響，根據(jù)供油系統(tǒng)部件的結構特性、工作原理進行噪聲源識別測試。試驗在整車半消音室進行，試驗過程如下：車內(nèi)主駕頭枕右耳布置麥克風，燃油箱表面、燃油管路表面布置振動傳感器。所有準備工作完成后，啟動發(fā)動機，待發(fā)動機轉速穩(wěn)定、水溫超過35℃后開始測量。試驗測得該車P檔、D檔、R檔車內(nèi)主駕右耳500Hz頻率內(nèi)的噪聲幅值，未達到整車目標噪聲水平，噪聲測試結果如表1所示；拆除燃油管路固定管卡，斷開與車身連接后管路振動情況如表2所示。其中噪聲a指原車車內(nèi)噪聲，噪聲b指拆除燃油管路固定管卡后車內(nèi)噪聲，振動a指原車燃油管路的振動加速度。從表1可以看出，燃油管路振動產(chǎn)生的噪聲對車內(nèi)噪聲有貢獻，且發(fā)動機怠速工況下車內(nèi)噪聲較大，燃油管路振動亦不滿足目標要求。

4.2 降噪方案實施

為了減小供油系統(tǒng)對車內(nèi)噪聲的貢獻，降低燃油管路振動，要同時進行零部件單體和系統(tǒng)的優(yōu)化設計，主要優(yōu)化方案有：

4.2.1 燃油泵噪聲優(yōu)化?，F(xiàn)有渦輪燃油泵技術已改變過去滾柱泵燃油壓力波動大帶來的噪聲偏大問題，其自帶壓力調(diào)節(jié)器。由于壓力調(diào)節(jié)器的膜片波動，把壓力波動降低到原來的20%～10%，噪聲相應可降低14～20dB（A）[2]?；诂F(xiàn)有內(nèi)置式燃油泵技術，為降低燃油泵的單體噪聲，主要優(yōu)化燃油泵的振動源-油泵泵芯，在保證燃油泵壓力流量基礎上，如采用非等距葉輪，改變均勻分布的葉片與泵殼間的相互作用力，避開周期性的激振。同時可采用可變流量燃油泵，其流量與發(fā)動機負荷成正比，可以改變大流量下工作噪聲大的問題。

4.2.2 燃油箱噪聲優(yōu)化。燃油箱噪聲優(yōu)化主要包括燃油箱本體的結構優(yōu)化和燃油箱減振[3]。

結構優(yōu)化：油箱殼體底部局部設計凹槽、凸起等特征；油箱內(nèi)部設計形狀各異的防浪板，防浪板上通常開孔，以便于燃油在油箱中能均勻遷移。在增加殼體剛度的同時，阻礙液體運動，可有效減少汽車運動狀態(tài)改變時燃油對油箱內(nèi)部表面的沖擊以及燃油自身撞擊聲。

減振：燃油箱上殼體與車身接觸部位、油箱吊帶與油箱連接處、油箱吊帶與車身連接處布置減振膠墊或膠帶，可以有效降低燃油箱到車身的振動傳遞。

4.2.3 燃油管路噪聲優(yōu)化。燃油管路的噪聲優(yōu)化包括兩個方向：降低管路內(nèi)油壓脈動、隔振。當噴油器噴射燃油時，在燃油管路內(nèi)會產(chǎn)生燃油壓力脈動，安裝油壓脈動阻尼器或壓力緩沖器可使燃油壓力脈動衰減，以減弱燃油管路中的壓力脈動傳遞、降低噪聲。燃油管路與車身一般通過硬質(zhì)塑料或金屬管卡連接，管路的振動很容易通過管卡傳遞到車身。管卡用彈性材料或元件制成，即采用減振管卡，隔絕或衰減振動的傳播，就可以實現(xiàn)減振降噪的目的。

4.3 試驗驗證

在供油系統(tǒng)降噪方案實施后，進行車內(nèi)噪聲驗證試驗，車內(nèi)“噠噠”聲消失。減振管卡及油壓脈動阻尼器后的車內(nèi)主駕右耳500Hz頻率內(nèi)的噪聲幅值、燃油管路振動分別如表3、表4所示。其中噪聲c指更換減振管卡后車內(nèi)噪聲，噪聲d指安裝油壓脈動阻尼器后車內(nèi)噪聲。振動b指更換減振管卡后的燃油管路振動加速度。

從表3、表4可以看出，更換減振管卡和油壓脈動阻尼器后，燃油管路振動比之前大幅降低，車內(nèi)噪聲降低約1dB（A），效果較好，達到了目標要求。

5 結束語

（1）車內(nèi)噪聲水平現(xiàn)已成為各整車廠的主要競爭點，供油系統(tǒng)作為汽車的重要組成部分，其噪聲水平更需控制。（2）供油系統(tǒng)的主要噪聲源是燃油箱和燃油泵，在汽車行駛過程中，燃油箱和燃油泵的振動會傳遞至燃油管路和車身，噪聲輻射至車內(nèi)。因此，要從設計源頭規(guī)避，避免在開發(fā)后期更改所花費的巨大人力物力。（3）文章較完整地介紹了吉利某電噴汽油車供油系統(tǒng)降噪的過程，從問題的測試分析和降噪方案實施驗證，通過具體的改進措施成功優(yōu)化了供油系統(tǒng)NVH性能。（4）文章提出的供油系統(tǒng)噪聲控制措施，對后續(xù)車型的開發(fā)和噪聲優(yōu)化提供了參考。

參考文獻

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