汽油車供油系統噪聲控制

摘 要：汽車車內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。供油系統作為整車的重要組成部分，其對車內噪聲的貢獻不容忽視。文章從車內噪聲產生機理、供油系統工作原理出發，分析供油系統噪聲來源，并結合吉利某電噴汽油車供油系統的降噪過程，提出了實際應用的供油系統噪聲控制方法。

關鍵詞：汽車；汽油車；供油系統；振動；噪聲；控制

1 概述

隨著國內汽車技術的不斷發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劣的重要指標。汽車車內噪聲作為評價汽車舒適性的重要指標之一，國內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。

供油系統噪聲作為整車車內噪聲的重要組成部分，要降低供油系統噪聲，就必須了解該系統的組成、工作原理，識別出系統噪聲來源，根據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過程中，為確保供油系統噪聲達標，進行了大量的試驗驗證工作。

2 供油系統的組成、原理

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

2.1 供油系統組成

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

根據發動機電噴系統差異，供油系統結構分為有回油、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，目前國內整車廠主要使用短回油結構。其系統組成、原理如圖1所示。

2.2 供油系統工作原理

加油過程中，燃油由加油管進入燃油箱進行貯存；當發動機工作時，燃油泵將燃油從燃油箱中泵出，經過燃油濾清器過濾后，燃油經地板燃油管路被輸送到油軌，由發動機噴嘴噴射到發動機缸中參與燃燒；在燃油泵自帶的壓力調節閥作用下，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 供油系統的噪聲來源

3.1 車內噪聲產生機理

車內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；車外噪聲作用于車身壁板引起壁板振動輻射形成的車內噪聲；車身連接固體部件振動引起的車身振動，進而產生車內噪聲；以及車內部件振動噪聲，電子電器系統產生的噪聲等。如果外部激勵與車身結構的固有頻率一致，則會產生共振，加大車內噪聲。實踐表明，中低頻（30～400Hz）車內噪聲主要由固體傳播這一途徑造成，而高頻車內噪聲則以空氣傳播為主。如果能夠削弱或消除固體傳播，則可使車內噪聲大大降低[1]。

3.2 供油系統噪聲來源及傳播途徑

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

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，此類共振再經過燃油箱等構件傳到車身上，可能產生共振，加強車內噪聲。

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

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，燃油箱內的燃油會因慣性作用在箱內晃動，沖擊燃油箱內壁，引起燃油箱振動，形成噪聲傳至車內，即液體晃動噪聲。

此類噪聲分為兩類：一是車輛運動狀態改變時，燃油因慣性撞擊燃油箱內表面產生振動，此振動經車身傳遞至車內。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壁凸起或凹陷結構，燃油晃動過程中會進入這些區域，壓縮空氣，產生噪聲，并通過空氣傳播，該類噪聲主要發生在油箱內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分，并相互影響。

3.2.3 燃油管路噪聲。產生振動噪聲的汽車燃油管路主要指燃油泵至發動機油軌段，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；同時因發動機工況不同產生的油軌內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生振動，傳遞到燃油管路，激發與之通過管卡連接的車身壁板振動并向車內輻射形成噪聲。實際上，這些振動是與車外聲波激發的車身壁板振動疊加在一起的，很難區分開來。

4 供油系統的噪聲控制

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

4.1 問題分析

吉利某電噴汽油車在NVH開發過程中發現：發動機怠速工況下，駕駛員主觀評價車內噪聲較競品車高，并伴有“噠噠”聲，會影響汽車的舒適性，要求各系統進行NVH優化，故進行供油系統噪聲測試，并據此制定優化措施。

為更客觀分析供油系統對車內噪聲的影響，根據供油系統部件的結構特性、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，啟動發動機，待發動機轉速穩定、水溫超過35℃后開始測量。試驗測得該車P檔、D檔、R檔車內主駕右耳500Hz頻率內的噪聲幅值，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指原車車內噪聲，噪聲b指拆除燃油管路固定管卡后車內噪聲，振動a指原車燃油管路的振動加速度。從表1可以看出，燃油管路振動產生的噪聲對車內噪聲有貢獻，且發動機怠速工況下車內噪聲較大，燃油管路振動亦不滿足目標要求。

4.2 降噪方案實施

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

4.2.1 燃油泵噪聲優化?，F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，其自帶壓力調節器。由于壓力調節器的膜片波動，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有內置式燃油泵技術，為降低燃油泵的單體噪聲，主要優化燃油泵的振動源-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 燃油箱噪聲優化。燃油箱噪聲優化主要包括燃油箱本體的結構優化和燃油箱減振[3]。

結構優化：油箱殼體底部局部設計凹槽、凸起等特征；油箱內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改變時燃油對油箱內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 燃油管路噪聲優化。燃油管路的噪聲優化包括兩個方向：降低管路內油壓脈動、隔振。當噴油器噴射燃油時，在燃油管路內會產生燃油壓力脈動，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，就可以實現減振降噪的目的。

4.3 試驗驗證

在供油系統降噪方案實施后，進行車內噪聲驗證試驗，車內“噠噠”聲消失。減振管卡及油壓脈動阻尼器后的車內主駕右耳500Hz頻率內的噪聲幅值、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噪聲，噪聲d指安裝油壓脈動阻尼器后車內噪聲。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）車內噪聲水平現已成為各整車廠的主要競爭點，供油系統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。因此，要從設計源頭規避，避免在開發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化了供油系統NVH性能。（4）文章提出的供油系統噪聲控制措施，對后續車型的開發和噪聲優化提供了參考。

參考文獻

[1]易明，靳曉雄.用于車內減振降噪的智能材料和結構的研究[J].汽車技術，2001，7：10-11.

[2]孫志誠，陸克久.電動燃油泵運轉噪聲的產生機理及控制措施[J].北京汽車，2000，4：26-27.

[3]董 .汽車燃油箱降噪的穩健設計優化[D].上海：上海交通大學，2011.