劉子強(qiáng)

聯(lián)合汽車電子有限公司 上海市 200120

1 引言

國六法規(guī)《輕型汽車污染物排放限值及測(cè)量方法-中國第六階段》新增了對(duì)蒸發(fā)系統(tǒng)的診斷要求，OBD系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)測(cè)蒸發(fā)系統(tǒng)的脫附流量，以及監(jiān)測(cè)除炭罐閥與進(jìn)氣歧管之間的管路和接頭之外的整個(gè)蒸發(fā)系統(tǒng)的完整性，防止燃油蒸氣泄漏到大氣中。隨著排放物限值要求的提高，為了滿足國六蒸發(fā)排放要求，必需增大炭罐脫附量，則炭罐電磁閥在怠速工況需要長(zhǎng)時(shí)間開啟，此時(shí)帶來了新的噪聲振動(dòng)以及舒適性（NVH）問題。

本文以某整車廠市場(chǎng)上某款車輛振動(dòng)噪音投訴出發(fā)，針對(duì)投訴車輛進(jìn)行實(shí)車調(diào)查，找到振動(dòng)真正原因，并且通過更改炭罐閥控制頻率來避開的共振區(qū)間作為改進(jìn)措施，為整車廠的國六項(xiàng)目順利開展提供有利的保障及支持。

2 蒸發(fā)系統(tǒng)基本原理

根據(jù)法規(guī)的要求，蒸發(fā)系統(tǒng)如圖1所示，以炭罐電磁閥為界，其左側(cè)為泄露診斷部分，右側(cè)的沖洗管路（不包括發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)管路）為脫附流量診斷部分。對(duì)于脫附流量診斷，如果脫附管路發(fā)生斷裂或堵塞，將導(dǎo)致系統(tǒng)不能進(jìn)行炭罐脫附，油氣將在炭罐內(nèi)不斷累積，最終擊穿炭罐泄露至大氣造成污染，此時(shí)應(yīng)檢測(cè)出脫附流量故障。

圖1 蒸發(fā)系統(tǒng)示意圖

炭罐電磁閥通過電脈沖寬度的調(diào)制來控制炭罐發(fā)揮凈化作用，即活性炭罐貯存來自油箱和燃料系統(tǒng)的燃油蒸氣，并用電磁閥來控制清污工作。來自炭罐的熱燃油蒸汽不應(yīng)該而且一定不可以直接泄露到空氣中，燃油蒸汽在炭罐系統(tǒng)中被吸附到活性炭過濾裝置中。為了防止活性碳過溢，它會(huì)間斷性的用新鮮空氣沖洗（脫附）。當(dāng)條件合適時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）會(huì)控制炭罐電磁閥打開，燃油蒸氣脫附，從炭罐經(jīng)電磁閥進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒。因?yàn)檫@種方法會(huì)多供給一部分燃油，因此必須修正噴油時(shí)長(zhǎng)，使混合氣保持在lambda=1并且空燃比閉環(huán)恢復(fù)正常。為了精確修正，需要在每個(gè)工況點(diǎn)都能夠及時(shí)獲取沖洗流量和HC濃度。HC濃度會(huì)根據(jù)閉環(huán)控制偏差調(diào)整。

3 問題分析及解決

某整車廠市場(chǎng)上某款車輛，熱機(jī)怠速時(shí)，偶發(fā)地板及座椅傳遞過來一種不規(guī)則的抖動(dòng)，嚴(yán)重影響乘員舒適性。當(dāng)前該整車廠正處在走高階段，對(duì)整車舒適性及NVH要求非常嚴(yán)格。

對(duì)于投訴車偶發(fā)整車怠速抖動(dòng)引起客戶抱怨這類投訴?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)，首先考慮是否是由發(fā)動(dòng)機(jī)怠速不穩(wěn)引起的抖動(dòng)，測(cè)試了怠速時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)各參數(shù)表現(xiàn)如圖2。

從圖2的測(cè)試結(jié)果看，該抖動(dòng)發(fā)生在碳罐沖洗工況，碳罐閥停止工作時(shí)，抖動(dòng)也相應(yīng)消失。

圖2 怠速時(shí)各參數(shù)表現(xiàn)

對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)幅度及點(diǎn)火角跳動(dòng)均在合理的范圍之內(nèi)，嘗試調(diào)整抖動(dòng)階段怠速控制的相應(yīng)參數(shù)，對(duì)抖動(dòng)沒有改善。上述排除了發(fā)動(dòng)機(jī)怠速過程噴油、進(jìn)氣、點(diǎn)火等控制參數(shù)對(duì)抖動(dòng)的影響，依據(jù)過往的經(jīng)驗(yàn)，不正常的抖動(dòng)，可能來自動(dòng)力總成的共振。

對(duì)該車實(shí)際測(cè)試噪音進(jìn)行頻譜分析，發(fā)現(xiàn)抖動(dòng)頻率在11.8Hz附近。整車振動(dòng)頻譜結(jié)果見圖3。

圖3 投訴車整車振動(dòng)頻譜

從整車在11.8Hz附近振動(dòng)突出的測(cè)試結(jié)果出發(fā)，排查相關(guān)零件可能的模態(tài)及振動(dòng)激勵(lì)源調(diào)查，結(jié)論如下：動(dòng)力總成在整車姿態(tài)的一階模態(tài)為11.8Hz；發(fā)動(dòng)機(jī)熱機(jī)怠速轉(zhuǎn)速為710rpm，即轉(zhuǎn)速頻率為710/60=11.8Hz；碳罐沖洗周期為60-105ms，而怠速工況根據(jù)計(jì)算更多停留在87ms，即沖洗頻率為1/0.087=11.8Hz。因此鎖定和11.8Hz相關(guān)的發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速頻率、碳罐怠速?zèng)_洗頻率與動(dòng)力總成的一階固有頻率發(fā)生耦合共振，是車輛發(fā)生不規(guī)則抖動(dòng)導(dǎo)致投訴的根本原因。對(duì)于上述三個(gè)相關(guān)因素進(jìn)行排查分析。

更換故障車輛懸置，改變動(dòng)力總成剛體的一階模態(tài)，進(jìn)行整車振動(dòng)頻譜對(duì)比，如圖4。

圖4 改變動(dòng)力總成剛體整車振動(dòng)頻譜

提高怠速轉(zhuǎn)速，改變發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速頻率，進(jìn)行整車振動(dòng)頻譜對(duì)比，如圖5。

圖5 改變發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速頻率整車振動(dòng)頻譜

通過頻譜結(jié)果來看，更換全車懸置、提高怠速轉(zhuǎn)速都可以避免在11.8Hz頻率發(fā)生耦合共振，從而改善抖動(dòng)。但是更換全車懸置會(huì)相應(yīng)增加維修費(fèi)用、提高怠速轉(zhuǎn)速會(huì)增加整車油耗，不能作為可行性的改進(jìn)投訴的措施。下面重點(diǎn)介紹一下從炭罐閥沖洗開度及頻率方向，嘗試更改炭罐閥控制參數(shù)。

4 炭罐電磁閥控制參數(shù)調(diào)整

炭罐控制閥是一個(gè)普通的電磁閥，電信號(hào)的高低位控制閥體的開啟關(guān)閉，因此整個(gè)開度控制是一個(gè)占空比控制，可用占空比大小表示控制閥開度的大小，而控制頻率決定了占空比的控制周期。

炭罐控制目的將燃油系統(tǒng)蒸發(fā)的燃油利用活性炭收集起來，重新送入進(jìn)氣管，以減少蒸發(fā)物的排放，達(dá)到法規(guī)要求。炭罐控制對(duì)高溫環(huán)境下的怠速性能，駕駛性能等影響重大。一方面炭罐沖洗不足會(huì)造成燃油蒸發(fā)排放加劇，炭罐沖洗過大會(huì)對(duì)空燃比控制造成影響，因此，選擇合適的炭罐沖洗占空比，是炭罐控制的重點(diǎn)，為了解決碳罐沖洗帶來的共振問題，首先嘗試減小怠速時(shí)的炭罐閥開度。

炭罐閥開度決定著空燃比穩(wěn)定?？杖急葲_擊大的話（一般碳罐閥剛打開會(huì)偏濃），會(huì)造成轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，加速無力甚至是熄火。因此在低速低負(fù)荷區(qū)采取小開度限制，在對(duì)空燃比沖擊較大的情況下“慢開”甚至是“快關(guān)”。而反之如果沖洗不夠而造成碳罐高負(fù)荷的話，則會(huì)增加蒸發(fā)物排放，甚至在車?yán)锬苈劦狡臀叮ㄒ话愠霈F(xiàn)在夏季高溫時(shí)節(jié)）。所以在安全的條件和工況下應(yīng)盡可能開大以增大沖洗氣流量，而且要“快開”，從而更快地減少碳罐中油氣的含量，達(dá)到減少蒸發(fā)物排放的目的。

圖6和圖7分別為減小炭罐閥開度對(duì)怠速影響的發(fā)動(dòng)機(jī)電噴控制系統(tǒng)（EMS）參數(shù)測(cè)試表現(xiàn)和整車抖動(dòng)頻域測(cè)試表現(xiàn)。從圖中可以看到炭罐閥開度從15-＞7-＞2.2逐漸減小的過程中從EMS參數(shù)的表現(xiàn)來看怠速抖動(dòng)問題并無太大改善，從頻域測(cè)試結(jié)果看隨著開度的減小，抖動(dòng)強(qiáng)度有所改善，但問題依然存在。另外，考慮到炭罐沖洗需求，也不能把怠速時(shí)的開度調(diào)得太小。因此從炭罐閥開度這方面無法解決該問題。

圖6 減小炭罐閥開度怠速各參數(shù)表現(xiàn)

圖7 減小炭罐閥開度對(duì)怠速抖動(dòng)的影響

基于炭罐沖洗HC含量的波動(dòng)和控制延遲時(shí)間的影響，炭罐控制閥控制頻率的設(shè)置選取一個(gè)最佳的平衡，盡量使每周期HC含量平均，減小沖洗的波動(dòng)，同時(shí)減少延遲時(shí)間對(duì)閥控制的影響。通常在炭罐控制閥小開度，發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速工況下，控制頻率為10Hz左右，這樣可使沖洗氣流平穩(wěn)，每個(gè)周期沖洗的HC含量均勻，同時(shí)保證控制閥延遲時(shí)間偏移對(duì)控制閥開度控制的影響較小。在較高轉(zhuǎn)速，占空比為30%～70%工況下，控制閥在30Hz左右的控制頻率下工作，這樣可使沖洗氣流時(shí)間上均勻分配，較小HC波動(dòng)的沖擊。

對(duì)EMS發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元里軟件數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，更改炭罐閥控制頻率12.5Hz、14.3Hz和16.7Hz，均對(duì)共振有一定降低左右，但綜合考慮碳罐閥控制頻率對(duì)炭罐里油氣在怠速階段的沖洗效果，最終確定炭罐閥控制頻率即炭罐沖洗頻率12.5Hz，更改炭罐閥控制頻率整車振動(dòng)頻譜見圖8。

圖8 更改炭罐閥控制頻率整車振動(dòng)頻譜

5 結(jié)語

通過對(duì)投訴車輛進(jìn)行調(diào)查，找到發(fā)生不規(guī)則抖動(dòng)真正原因來自發(fā)動(dòng)機(jī)怠速轉(zhuǎn)速頻率、碳罐怠速?zèng)_洗頻率與動(dòng)力總成的一階固有頻率發(fā)生耦合共振。綜合評(píng)估車輛維修費(fèi)用、油耗及碳罐沖洗，通過優(yōu)化EMS發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元里軟件數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，更改炭罐閥控制頻率12.5Hz來避開共振區(qū)間，最終解決終端客戶的抱怨，避免投訴的同時(shí)，也為整車廠的國六項(xiàng)目順利開展提供保障及支持。