国内外对汽车排放的控制日趋严格, 各大车企争相开发“国Ⅵ”排放项目。随着排放物限值要求的提高, 为了满足“国Ⅵ”蒸发排放要求, 必需增大炭罐脱附量, 则炭罐电磁阀在怠速工况需要长时间开启, 此时带来了新的噪声振动以及舒适性 (NVH) 问题。文章以某款新开发的车型为例, 阐述在“国Ⅵ”排放开发项目中, 炭罐电磁阀引起整车NVH问题的排查分析和优化控制的整个过程。

炭罐电磁阀通过电脉冲宽度的调制来控制炭罐发挥净化作用, 即活性炭罐贮存来自油箱和燃料系统的燃油蒸气, 并用电磁阀来控制清污工作。图1示出汽车燃油蒸发排放控制系统示意图。当条件合适时, 发动机控制单元 (ECU) 会控制炭罐电磁阀打开, 燃油蒸气脱附, 从炭罐经电磁阀进入发动机燃烧。各元件之间都由尼龙管相连。

某车型开发国Ⅵ排放项目, 在发动机运转状态下, 车内存在周期性的“突突”声, 特别是在怠速工况, 主观感觉尤为明显。当车速或者发动机转速较高时, 可能因风噪或者发动机噪声等背景噪声过大, 主观感觉该“突突”声尚可。故针对该“突突”声异响, 主要在怠速不带载工况下进行问题排查和优化。怠速不带载工况下, 车内噪声总声压级达到42.9 dB, 贡献频率主要集中在100～1 500 Hz。

根据工程经验, 初步判断异响原因为发动机喷油脉冲振动通过燃油管路传递至车身, 然后辐射出来, 引起车内异响。在断开燃油管路与车身所有的固定点后, 该异响仍然存在。

在排查燃油管路的过程中, 观察发现炭罐与发动机相连的尼龙管也存在周期性的脉冲振动, 手触感受其振动频率与车内噪声频率非常接近。该管路振动来源于燃油蒸发控制系统^[1,2]。

为了快速锁定噪声来源, 将炭罐电磁阀的控制线断开, 保持电磁阀常闭, 则车内100～1 000 Hz噪声得到大幅度降低, 总声压级降幅达到近4 dB, 如图2所示。主观感受车内“突突”声基本消除, 可以接受。

炭罐电磁阀固定在动力总成上, 其工作引起车内噪声的传递路径一般分为空气传播和结构传播2种。具体传递路径, 如图3所示^[3,4]。

基于此, 首先排查通过管路结构传递的可能性和贡献量, 即断开炭罐与电磁阀之间所有尼龙管和车身的固定点, 试车主观感觉并没有发现明显的炭罐电磁阀工作噪声。由此判断, 怠速工况下, 车内存在的“突突”异响主要由炭罐电磁阀工作振动产生, 通过尼龙管、车身钣金等结构件传递至车内。

噪声振动的三要素包括振动源、传递路径及接受体。炭罐电磁阀的振动作为上述问题的主要振动源, 将其在开发车型与某国Ⅵ已上市竞品车上的表现进行对比, 两者振动幅值相当, 因此, 后续主要围绕传递路径方面进行改善优化。

最简单的改善办法就是将尼龙管与车身的所有固定点断开, 但是从工程可实施化方面分析, 必然不可行, 而且尼龙管与车身之间的管夹目前已经采用橡胶隔振, 因此, 为了将电磁阀产生的脉冲气流减缓成平稳气流, 降低其对尼龙管的脉动冲击, 从2个方面着手优化验证:1) 在靠近炭罐电磁阀处的尼龙管上, 增加一个直径为45 mm, 长68 mm的缓冲腔, 如图4所示。2) 在靠近炭罐电磁阀处的尼龙管上, 增加一个单向阀。单向阀内, 燃油蒸气只能从白色阀端通往黑色阀端, 如图5所示。

加装单向阀前后车内噪声频谱图, 如图6所示。从图6可以看出, 加装单向阀后, 车内噪声总声压级较原状态降低3.6 d B, 和断开炭罐控制线时的车内噪声相差不多, 可以接受。

开发“国Ⅵ”排放项目中, 由于燃油蒸发脱附量加大, 炭罐电磁阀噪声已成为整车NVH问题的通病, 其根本原因为炭罐电磁阀振动, 通过尼龙管、车身钣金, 最终辐射传递至车内。文章最终通过在尼龙管上增加单向阀, 使问题得以解决。在整个问题排查和优化验证过程中, 有以下经验可供在设计阶段或者调校匹配中借鉴和参考:

1) 炭罐电磁阀尽量布置在动力总成上, 避免其工作振动直接传递至车身。

2) 尼龙管与车身之间的管夹需要增加橡胶垫设计, 用以加强其隔振性能。

3) 可采用缓冲腔或者单向阀, 改善炭罐电磁阀振动引起的车内异响问题。此外, 在设计阶段, 需要充分考虑预留布置空间等问题。

4) 上述方案不仅适用于炭罐电磁阀的振动优化, 同样也可应用于其他流体脉冲振动引起的NVH问题。