非承載式皮卡碳罐電磁閥噪聲優(yōu)化

繆明學(xué)，丁文敏，鐘秤平，徐高新，陳清爽

（1.330001 江西省 南昌市 江鈴汽車股份有限公司；2.330001 江西省 南昌市 江西省汽車噪聲與振動重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)文化及汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，人們對汽車的舒適性要求越來越苛刻，NVH 就是汽車舒適性的一個重要衡量指標(biāo)[1]。根據(jù)國家政策，2020 年7 月1 日之后汽車均需符合國Ⅵ法規(guī)要求，這樣就對燃油蒸發(fā)系統(tǒng)要求進(jìn)一步提高。目前國內(nèi)主機(jī)廠通常是在燃油系統(tǒng)中增加碳罐電磁閥（Value EGR）來回收揮發(fā)的燃油，其工作原理是靠進(jìn)氣管中的真空度將燃油蒸汽吸入發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道中進(jìn)行燃燒。碳罐電磁閥根據(jù)ECU 指令進(jìn)行開啟與關(guān)閉，在高速開關(guān)過程中會將閥體本體振動及管路內(nèi)的脈沖波動通過管路傳遞至車內(nèi)，引起客戶抱怨，尤其在環(huán)境溫度極低情況下更嚴(yán)重[2]。為解決這一問題，文獻(xiàn)[3]在脫附管上增加50 ml 的擴(kuò)張腔，優(yōu)化怠速車內(nèi)“噠噠聲”至可接受水平，但是在脫附管路增加消音器的方案會帶來較大成本增加并且還會影響整車標(biāo)定數(shù)據(jù)凍結(jié)，進(jìn)而可能影響項(xiàng)目開發(fā)進(jìn)度；文獻(xiàn)[4]通過在碳罐電磁閥支架與白車身之間增加橡膠隔振措施，在路徑上阻斷噪聲傳遞，進(jìn)而改善車內(nèi)噪聲。

本文針對某非承載式車型國Ⅵ車型因燃油系統(tǒng)碳罐電磁閥帶來的怠速車內(nèi)“嘟嘟聲”進(jìn)行詳細(xì)分析研究，并且尋找到成本低、實(shí)施快的有效解決方案。

1 碳罐電磁閥噪聲產(chǎn)生原理

本文以搭載排量2.0 L 汽油發(fā)動機(jī)國內(nèi)某皮卡車型為研究對象，該車型碳罐電磁閥本體安裝在發(fā)動機(jī)頂部左后端，脫附管是通過隔振管夾固定在車身前圍板及后地板。

國內(nèi)大部分主機(jī)廠的燃油蒸發(fā)控制系統(tǒng)大體結(jié)構(gòu)及工作原理均相似，如圖1 所示。

圖1 燃油蒸發(fā)活性碳控制系統(tǒng)Fig.1 Active carbon control system for fuel evaporation

碳罐中的活性碳吸附從油箱中蒸發(fā)的燃油。當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動后，ECU 根據(jù)外界條件(環(huán)境溫度、轉(zhuǎn)速、水溫、空氣流量等信號)，控制電磁閥的開閉控制控制閥上部的真空度，進(jìn)而控制控制閥的開度。當(dāng)控制閥打開，碳罐中吸附的燃油蒸汽通過管路被吸入發(fā)動機(jī)進(jìn)氣歧管參與燃燒，當(dāng)ECU 指令電磁閥關(guān)閉，碳罐中吸附的燃油蒸汽不會進(jìn)入進(jìn)氣歧管。電磁閥高速開關(guān)時會產(chǎn)生振動及脈沖，如果振動或者脈沖過大，會讓客戶產(chǎn)生不舒適感，影響整車品質(zhì)。

2 搭建碳罐電磁閥噪聲分析模型

碳罐電磁閥根據(jù)ECU指令高速開啟與關(guān)閉，導(dǎo)致閥體本體振動及脫附管路內(nèi)燃油蒸汽脈沖，通過空氣輻射或者結(jié)構(gòu)傳遞至車內(nèi)引起噪聲抱怨[5]。應(yīng)用源、路徑、響應(yīng)分析技術(shù)[6]，搭建碳罐電磁閥分析模型如圖2 所示。

圖2 碳罐電磁閥噪聲分析模型Fig.2 Noise analysis model of carbon canister solenoid valve

從分析模型可以看出，激勵源為閥體本體，路徑分為空氣輻射及結(jié)構(gòu)傳遞，響應(yīng)為車內(nèi)噪聲?？諝廨椛涫菍㈦姶砰y開閉產(chǎn)生的噪聲直接傳至車內(nèi)，結(jié)構(gòu)傳遞主要分2 條傳遞路徑：（1）脫附管路脈沖傳遞至車架，再傳遞至車身，脫附管路脈沖傳遞至車身，通過鈑金輻射至車內(nèi)；（2）閥體振動傳遞至發(fā)動機(jī)，通過PT 懸置傳遞至車架，再傳遞至車身，進(jìn)而激起鈑金輻射至車內(nèi)。

3 怠速碳罐電磁閥“嘟嘟聲”分析

某皮卡車型在研發(fā)過程中，出現(xiàn)怠速“嘟嘟聲”，節(jié)奏感很強(qiáng)，主駕最為明顯，對問題進(jìn)一步確認(rèn)發(fā)現(xiàn)，此噪聲在發(fā)動機(jī)啟動后行駛幾分鐘后出現(xiàn)，同時發(fā)動機(jī)熄火后幾秒鐘也存在。為了快速鎖定產(chǎn)生“嘟嘟聲”的系統(tǒng)，在發(fā)動機(jī)前艙用手感受每個附件及其振動，只有碳罐電磁閥本體振動及其管路脈沖與車內(nèi)“嘟嘟聲”節(jié)奏感對應(yīng)。借助數(shù)據(jù)采集分析軟件LMS 及傳感器，對采集到的信號進(jìn)行頻譜分析，對采集到的數(shù)據(jù)通過聽音室進(jìn)行回放，確認(rèn)了主要抱怨噪聲頻率為250～450 Hz，如圖3 及圖4 所示。根據(jù)上述模型判斷，碳罐電磁閥噪聲由空氣輻射和結(jié)構(gòu)傳遞。

圖3 車內(nèi)噪聲圖像數(shù)據(jù)Fig.3 Image Noise data of interior noise

圖4 車內(nèi)噪聲頻譜數(shù)據(jù)Fig.4 Spectrum noise data of interior noise

3.1 空氣輻射分析

對比測試分析某皮卡與對標(biāo)皮卡整車隔聲量數(shù)據(jù)。如圖5 所示，在250～450 Hz 區(qū)間整車隔聲量優(yōu)于對標(biāo)皮卡，說明整車聲學(xué)包是滿足設(shè)計(jì)要求，初步排除空氣輻射產(chǎn)生。為了進(jìn)一步確認(rèn)，在整車上對碳罐電磁閥本體進(jìn)行聲包裹，駕評樣車沒有優(yōu)化，最終確認(rèn)碳罐電磁閥噪聲不是通過空氣輻射。

圖5 整車隔聲量數(shù)據(jù)對比Fig.5 Comparison of NR data

3.2 結(jié)構(gòu)傳遞分析

根據(jù)模型結(jié)構(gòu)分析，傳遞分為2 條路徑。路徑1，發(fā)動機(jī)振動通過PT 懸置傳遞至車架，經(jīng)過車身懸置再傳遞至車內(nèi)。該路徑經(jīng)過2 級橡膠減振，在250～450 Hz 頻率段振動傳遞率會大大降低，傳遞至車身的振動非常小。通過松開發(fā)動機(jī)懸置，同時將發(fā)動機(jī)與PT 懸置脫離的手段進(jìn)行驗(yàn)證，主觀沒有一點(diǎn)優(yōu)化，確定結(jié)構(gòu)傳遞路徑1 對該問題沒有貢獻(xiàn)。從排查及分析結(jié)果看，結(jié)構(gòu)傳遞路徑2 貢獻(xiàn)度最大。脫附管路是通過管夾安裝在車身前圍板及地板如圖6 及圖7，碳罐電磁閥工作時，脫附管路內(nèi)部存在壓力脈沖波動，通過管夾直接傳遞至車身前圍板及地板，脈沖振動激勵鈑金輻射，引起車內(nèi)噪聲抱怨。

圖6 脫附管安裝前圍板Fig.6 Pipeline installed on front panel

圖7 脫附管安裝地板Fig.7 Pipeline installed on floor

對脫附管安裝點(diǎn)進(jìn)行CAE IPI 分析。CAE 分析結(jié)果顯示安裝點(diǎn)IPI 為5 000 N/mm 以下如圖8所示。行業(yè)內(nèi)針對振動源的安裝點(diǎn)IPI 一般要求10 000 N/mm 以上，安裝點(diǎn)的動剛度必須加強(qiáng)，以阻斷振動傳遞。

圖8 CAE IPI 分析結(jié)果Fig.8 Results of IPI CAE analysis

為驗(yàn)證結(jié)構(gòu)傳遞路徑2 的貢獻(xiàn)度，將脫附管路與前圍鈑金及地板連接點(diǎn)全部斷開如圖9 所示。主觀駕評完全可接受，客觀數(shù)據(jù)顯示，在250～450 Hz 噪聲優(yōu)化了2 dBA，如圖10 及圖11所示。經(jīng)過測試及分析最終鎖定結(jié)構(gòu)傳遞路徑2對該問題貢獻(xiàn)度最大。

圖9 脫附管路斷開Fig.9 Disconnect the pipeline

圖10 車內(nèi)噪聲圖像數(shù)據(jù)對比Fig.10 Comparison of image noise data of interior noise

圖11 車內(nèi)噪聲頻譜數(shù)據(jù)Fig.11 Comparison of spectrum noise data of interior noise

綜合以上分析結(jié)果可以得出：車內(nèi)“嘟嘟聲”主要是由結(jié)構(gòu)傳遞路徑2 脫附管內(nèi)脈沖振動傳遞至鈑金，再由鈑金輻射至車內(nèi)，引起抱怨。

4 優(yōu)化方案選擇及驗(yàn)證

通過以上分析可知，怠速“嘟嘟聲”的產(chǎn)生是脫附管路內(nèi)部脈沖振動激勵車身鈑金引起的，解決該問題通常要在管路增加消音器或者增加非常好的隔振性能的脫附管管夾，但是消音器方案會帶來較大成本增加，并且對標(biāo)定影響非常大，標(biāo)定需要重新進(jìn)行冬標(biāo)，而該皮卡車型處于投產(chǎn)階段，標(biāo)定工作已經(jīng)結(jié)束，所以增加消音器方案不可行。管夾隔振方案的橡膠硬度非常低，會帶來脫離及可靠性風(fēng)險，該車型已經(jīng)完成可靠性試驗(yàn)，因此管夾隔振方案也不可行。

由于皮卡是非承載式車身，車架剛度較高，經(jīng)過CAE 分析校核，將脫附管固定在車架點(diǎn)IPI在11 000 N/mm 以上，均滿足要求，如圖12 所示。

圖12 脫附管車架安裝點(diǎn)IPI CAE 分析結(jié)果Fig.12 Results of IPI CAE analysis for pipeline install frame

脫附管安裝至車架如圖13 所示（不帶隔振管夾）。

圖13 脫附管路安裝車架Fig.13 Pipeline installed frame

改制5 臺脫附管安裝在車架方案的樣車上，客觀測試顯示和斷開安裝點(diǎn)效果相當(dāng)，主觀評估怠速車內(nèi)“嘟嘟聲”消失，均可接受。小批量試裝后優(yōu)化效果明顯，并且工藝評估可行。

5 結(jié)語

本文對碳罐電磁閥噪聲產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析，并且建立了碳罐電磁閥噪聲分析模型，結(jié)合某皮卡怠速碳罐電磁閥“嘟嘟聲”問題的測試及分析，提出了一種簡單、低成本的優(yōu)化方案，并且經(jīng)過了批量驗(yàn)證，優(yōu)化效果明顯，對其他非承載式車型優(yōu)化具有參考價值。