怠速高壓油泵噪聲優(yōu)化的試驗(yàn)研究

馬少康　喬佳偉　翟若愚　王義夫　姜　坤　喬　闖（1-長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心河北保定0710002-河北省汽車工程技術(shù)研究中心）

怠速高壓油泵噪聲優(yōu)化的試驗(yàn)研究

馬少康1，2喬佳偉1，2翟若愚1，2王義夫1，2姜坤1，2喬闖1，2
（1-長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心河北保定0710002-河北省汽車工程技術(shù)研究中心）

某款發(fā)動(dòng)機(jī)在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)怠速時(shí)高壓油泵噪聲大，影響了NVH性能。通過分析高壓油泵結(jié)構(gòu)和測(cè)量數(shù)據(jù)表明，噪聲來源為油泵工作時(shí)溢流閥開關(guān)時(shí)所產(chǎn)生的撞擊聲。針對(duì)該問題，采取加裝隔聲罩和增加ECU內(nèi)部的降噪策略實(shí)現(xiàn)降噪。試驗(yàn)結(jié)果表明：加裝隔聲罩蓋能夠降低噪聲1.63 dB（A）；開啟降噪策略后，高壓油泵的噪聲降低1.47 dB（A），通過優(yōu)化策略，噪聲進(jìn)一步降低2.08 dB（A）。

怠速噪聲隔聲罩降噪策略

引言

近年來，車輛所發(fā)出的外部噪聲對(duì)人們的工作、生活以及健康造成了較大的影響［1-2］，引起人們對(duì)車輛的舒適性提出了更高的要求。因此降低汽車噪聲與振動(dòng)，提升車輛NVH品質(zhì)越來越成為車輛開發(fā)的重點(diǎn)［3-5］。發(fā)動(dòng)機(jī)作為車輛的關(guān)鍵部件，其NVH品質(zhì)直接影響整車的該項(xiàng)性能，而整車的噪聲約有46%直接來源于發(fā)動(dòng)機(jī)［6-7］，不同的部件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲的影響也不一樣［8-9］，因此研究發(fā)動(dòng)機(jī)的NVH性能有著重要意義。

1　問題描述

在某一款發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)在怠速時(shí)，主觀評(píng)價(jià)高壓油泵的噪音較大，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的聲品質(zhì)。若以該種狀態(tài)投放市場(chǎng)，必然引起顧客抱怨，影響市場(chǎng)銷售，因此必須對(duì)問題進(jìn)行深入研究查找真因，采取有效措施消除或減小噪音，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的NVH性能水平。

2　原因分析

2．1高壓油泵作用

在發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際工作過程中，據(jù)燃油系統(tǒng)所需壓力，計(jì)算出所需的油泵供油質(zhì)量，再轉(zhuǎn)換成供油體積，依據(jù)所需燃油體積，計(jì)算出高壓油泵溢流閥的通電時(shí)刻，從而實(shí)現(xiàn)適時(shí)、精確地向燃油導(dǎo)軌提供燃油。高壓油泵為單柱塞泵，通過發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪和挺柱體帶動(dòng)油泵柱塞運(yùn)動(dòng)，從而向燃油導(dǎo)軌供油。高壓油泵內(nèi)部設(shè)計(jì)有溢流閥，精確控制燃油流量，油泵內(nèi)部柱塞的運(yùn)動(dòng)使燃油壓力升高，當(dāng)油壓大于導(dǎo)軌內(nèi)壓力時(shí)，即通過油泵出油口和高壓油管進(jìn)入高壓燃油導(dǎo)軌。當(dāng)導(dǎo)軌內(nèi)部壓力大于設(shè)定的最大壓力時(shí)，燃油會(huì)通過油泵內(nèi)的安全閥流回油泵，達(dá)到泄壓和保護(hù)油軌的作用。

2．2高壓油泵工作原理

高壓油泵工作時(shí)，所產(chǎn)生的電磁力使溢流閥關(guān)閉，達(dá)到蓄壓、泵油的目的；高壓油泵斷電，電磁線圈的電磁力自行消失，溢流閥在回位彈簧的作用下自行打開，進(jìn)入吸油和溢流狀態(tài)。其過程如下：

1）油泵未通電，溢流閥打開，柱塞下行，油泵吸入燃油；

2）油泵未通電，溢流閥打開，柱塞上行，油泵溢流；

3）油泵通電，溢流閥關(guān)閉，油泵泵油。高壓油泵工作原理如圖1所示。

圖1　高壓油泵工作原理

2.3噪聲來源

發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速工況附近工作時(shí)，由于溢流閥開關(guān)造成的油泵噪聲可通過控制溢流閥電流來降低。通過測(cè)試，噪聲分別來源于：

1）溢流閥打開時(shí)，銜鐵撞擊磁體產(chǎn)生的噪聲；

2）溢流閥閉合時(shí)，拉桿撞擊磁盤座產(chǎn)生的噪聲；

3）溢流閥閉合時(shí)，拉桿與磁盤座共同撞擊止推片產(chǎn)生的噪聲，如圖2、3所示。

圖2　高壓油泵結(jié)構(gòu)

圖3　高壓油泵工作電流

3　試驗(yàn)設(shè)備及方案

3.1試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)在一款4缸16氣門電控直噴汽油機(jī)上進(jìn)行，發(fā)動(dòng)機(jī)排量：2 L，缸徑×行程：82.5 mm×92 mm，壓縮比：9.3，噴油器：6孔，油軌壓力：6～20 MPa；燃油型號(hào)：京95#；機(jī)油：美孚5W-40。試驗(yàn)設(shè)備包含自主開發(fā)電控系統(tǒng)、電渦流測(cè)功機(jī)等用以監(jiān)控試驗(yàn)條件的變化。試驗(yàn)過程中嚴(yán)格控制機(jī)油溫度為95℃，水溫為98℃，進(jìn)氣溫度為25℃。

噪聲測(cè)試軟件采用LMS Test.lab2，LMS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)SCM053，三向加速傳感器采用PCB-356A264，聲學(xué)麥克風(fēng)采用GRAS-1/2″26CA5，電流鉗Tektronix-A622。設(shè)備在臺(tái)架上的布局如圖4所示。測(cè)量的噪聲為高壓油泵的近場(chǎng)噪聲，高壓油泵參數(shù)如表1所示，試驗(yàn)在消聲試驗(yàn)室中進(jìn)行。

圖4　測(cè)噪設(shè)備臺(tái)架布置圖

表1　高壓油泵參數(shù)

3.2試驗(yàn)方案

通過數(shù)據(jù)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)在怠速工況，轉(zhuǎn)速750±25 r/min，油軌壓力控制為4 MPa。

根據(jù)噪聲產(chǎn)生的來源，可通過硬件和軟件兩方面進(jìn)行降低噪聲的優(yōu)化工作。

硬件調(diào)整：將添加隔聲罩，發(fā)動(dòng)機(jī)艙常用的隔聲設(shè)備有引擎蓋消聲隔熱墊和前圍前隔熱墊［10-11］。隔聲設(shè)備能夠吸收和反射噪聲，消耗聲能，進(jìn)而降低噪聲。因此添加隔聲設(shè)備能夠降低發(fā)動(dòng)機(jī)和相應(yīng)零部件的噪聲，高壓油泵隔聲罩在油泵上的裝配如圖5所示。

圖5　隔聲罩蓋

軟件部分：在ECU內(nèi)部添加降噪模塊，主要通過泵油循環(huán)中溢流閥的通電狀態(tài)，進(jìn)而控制撞擊噪聲。針對(duì)第一、二部分的噪聲來源，可通過調(diào)整電流降低撞擊力和延長(zhǎng)通電結(jié)束時(shí)間以降低或者消除撞擊力，如圖6所示，試驗(yàn)中采取降低電磁閥的電流進(jìn)而降低撞擊力，針對(duì)第三部分，可再次通電給拉桿一個(gè)反向電流以降低撞擊力，如圖7所示。

圖6　峰值電流優(yōu)化示意圖

圖7　反推電流優(yōu)化示意圖

3.3數(shù)據(jù)測(cè)量

根據(jù)噪聲的來源和ECU降噪功能的實(shí)現(xiàn)，將試驗(yàn)測(cè)量的結(jié)果分為三種狀態(tài)：

1）原始狀態(tài)；即未添加降噪模塊時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)；此時(shí)峰值電流為5.7 A。

2）開啟降噪模塊狀態(tài)；即添加降噪模塊后，針對(duì)第一部分和第二部分噪聲源而做出降低峰值電流對(duì)策時(shí)測(cè)量的數(shù)據(jù)；試驗(yàn)中，峰值電流由5.7 A降低為5.3 A時(shí)，反推電流為4.5 A時(shí)測(cè)量的結(jié)果；

3）優(yōu)化降噪模塊狀態(tài)；在峰值電流為5.3 A，反推電流由4.5 A增大到4.9 A時(shí)測(cè)量的結(jié)果。

試驗(yàn)過程中，通過電流鉗與示波器檢測(cè)高壓油泵電流幅值。

4　試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1加裝隔聲罩蓋

由圖8可以看到，在1～20 000 Hz范圍內(nèi)，加裝隔聲罩前高壓油泵近場(chǎng)噪聲為74.12 dB（A），加裝后其噪聲為72.49 dB（A），其噪聲下降1.63 dB（A），降噪效果明顯。

圖8　加裝隔聲罩前后噪聲對(duì)比

4.2優(yōu)化溢流閥電流

從圖9、10可以看到，在原始狀態(tài)，當(dāng)峰值電流為5.7 A時(shí)，在0～51 200 Hz范圍內(nèi)，高壓油泵的噪聲為80.32 dB（A），當(dāng)開啟降噪策略后，降低峰值電流同時(shí)延長(zhǎng)電流持續(xù)時(shí)間以降低拉桿撞擊銜鐵撞擊磁塊的噪聲，峰值電流降為5.30 A，同時(shí)電流持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)，反推電流的最大為4.5 A，此時(shí)高壓油泵的噪聲78.85 dB（A），較原始狀態(tài)下降1.47 dB（A）。增大反推電流以降低拉桿撞擊磁盤座的聲音，當(dāng)電流增大到4.9 A時(shí)，整體噪聲最低，較原始狀態(tài)下降2.08 dB（A）。

圖9　電流優(yōu)化對(duì)比

圖10　優(yōu)化后的結(jié)果

5　結(jié)論

1）針對(duì)怠速時(shí)高壓油泵噪聲大導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)聲品質(zhì)下降開展分析，通過測(cè)量結(jié)果得出噪聲的主要來源是溢流閥在開啟和關(guān)閉的撞擊聲。

2）采取降噪措施是基于硬件匹配和軟件設(shè)置來完成。通過在高壓油泵上加裝隔聲罩蓋，能夠有效的降低噪聲1.63 dB（A）。軟件方面，主要針對(duì)控制溢流閥打開和閉合的電流，在ECU內(nèi)部增加降噪策略。開啟降噪策略能夠有效的降低噪聲1.47dB（A），并通過增大反推電流優(yōu)化降噪策略，使油泵噪聲進(jìn)一步降低，優(yōu)化結(jié)果較原始狀態(tài)下降2.08dB（A）。

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3蔣永敏．淺析汽車的吸音隔音材料［J］．材料與設(shè)備，2012（6）：8－10

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Experiment Study on High Pressure Fuel Pump Noise Optimizing at Idle Speed

Ma Shaokang1，2，Qiao Jiawei1，2，Zhai Ruoyu1，2，Wang Yifu1，2，Jiang Kun1，2，Qiao Chuang1，2
1-Technical Center，Great Wall Motor Co.，Ltd.（Baoding，071000，China）
2-Hebei Automobile Engineering Technology&Research Center

High pressure fuel pump noise was found during engine experiment at idle speed and NVH performance was affected.The pump structure and measured data were analyzed.Noise was found come from the impact when overflow valve opens and closes.Two measures were brought into experiment to reduce the noise.Sound insulation cover and noise reduction strategy were used.The result shows that，compared with the original noise level，sound insulation cover can reduce 1.63 dB（A）of the noise. 1.47 dB（A）was reduced when the condition of noise reduction strategy opened.According to optimized data in the strategy，2.08 dB（A）was reduced.

Idle speed，Noise，Sound insulation cover，Noise reduction strategy

TK411+.6

A

2095-8234（2015）04-0023-04

2015-04-14）

馬少康（1984-），男，碩士研究生，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)性能開發(fā)及臺(tái)架標(biāo)定。