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

怠速高壓油泵噪聲優(yōu)化的試驗研究

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-長城汽車股份有限公司技術中心河北保定0710002-河北省汽車工程技術研究中心）

某款發(fā)動機在試驗中發(fā)現(xiàn)怠速時高壓油泵噪聲大，影響了NVH性能。通過分析高壓油泵結構和測量數(shù)據表明，噪聲來源為油泵工作時溢流閥開關時所產生的撞擊聲。針對該問題，采取加裝隔聲罩和增加ECU內部的降噪策略實現(xiàn)降噪。試驗結果表明：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，提升車輛NVH品質越來越成為車輛開發(fā)的重點［3-5］。發(fā)動機作為車輛的關鍵部件，其NVH品質直接影響整車的該項性能，而整車的噪聲約有46%直接來源于發(fā)動機［6-7］，不同的部件對發(fā)動機噪聲的影響也不一樣［8-9］，因此研究發(fā)動機的NVH性能有著重要意義。

1　問題描述

在某一款發(fā)動機的開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)在怠速時，主觀評價高壓油泵的噪音較大，影響發(fā)動機的聲品質。若以該種狀態(tài)投放市場，必然引起顧客抱怨，影響市場銷售，因此必須對問題進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)動機的NVH性能水平。

2　原因分析

2．1高壓油泵作用

在發(fā)動機的實際工作過程中，據燃油系統(tǒng)所需壓力，計算出所需的油泵供油質量，再轉換成供油體積，依據所需燃油體積，計算出高壓油泵溢流閥的通電時刻，從而實現(xiàn)適時、精確地向燃油導軌提供燃油。高壓油泵為單柱塞泵，通過發(fā)動機驅動凸輪和挺柱體帶動油泵柱塞運動，從而向燃油導軌供油。高壓油泵內部設計有溢流閥，精確控制燃油流量，油泵內部柱塞的運動使燃油壓力升高，當油壓大于導軌內壓力時，即通過油泵出油口和高壓油管進入高壓燃油導軌。當導軌內部壓力大于設定的最大壓力時，燃油會通過油泵內的安全閥流回油泵，達到泄壓和保護油軌的作用。

2．2高壓油泵工作原理

高壓油泵工作時，所產生的電磁力使溢流閥關閉，達到蓄壓、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)動機在怠速工況附近工作時，由于溢流閥開關造成的油泵噪聲可通過控制溢流閥電流來降低。通過測試，噪聲分別來源于：

1）溢流閥打開時，銜鐵撞擊磁體產生的噪聲；

2）溢流閥閉合時，拉桿撞擊磁盤座產生的噪聲；

3）溢流閥閉合時，拉桿與磁盤座共同撞擊止推片產生的噪聲，如圖2、3所示。

圖2　高壓油泵結構

圖3　高壓油泵工作電流

3　試驗設備及方案

3.1試驗設備

試驗在一款4缸16氣門電控直噴汽油機上進行，發(fā)動機排量：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：京95#；機油：美孚5W-40。試驗設備包含自主開發(fā)電控系統(tǒng)、電渦流測功機等用以監(jiān)控試驗條件的變化。試驗過程中嚴格控制機油溫度為95℃，水溫為98℃，進氣溫度為25℃。

噪聲測試軟件采用LMS Test.lab2，LMS數(shù)據采集系統(tǒng)SCM053，三向加速傳感器采用PCB-356A264，聲學麥克風采用GRAS-1/2″26CA5，電流鉗Tektronix-A622。設備在臺架上的布局如圖4所示。測量的噪聲為高壓油泵的近場噪聲，高壓油泵參數(shù)如表1所示，試驗在消聲試驗室中進行。

圖4　測噪設備臺架布置圖

表1　高壓油泵參數(shù)

3.2試驗方案

通過數(shù)據調整發(fā)動機在怠速工況，轉速750±25 r/min，油軌壓力控制為4 MPa。

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

硬件調整：將添加隔聲罩，發(fā)動機艙常用的隔聲設備有引擎蓋消聲隔熱墊和前圍前隔熱墊［10-11］。隔聲設備能夠吸收和反射噪聲，消耗聲能，進而降低噪聲。因此添加隔聲設備能夠降低發(fā)動機和相應零部件的噪聲，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)，進而控制撞擊噪聲。針對第一、二部分的噪聲來源，可通過調整電流降低撞擊力和延長通電結束時間以降低或者消除撞擊力，如圖6所示，試驗中采取降低電磁閥的電流進而降低撞擊力，針對第三部分，可再次通電給拉桿一個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)據測量

根據噪聲的來源和ECU降噪功能的實現(xiàn)，將試驗測量的結果分為三種狀態(tài)：

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

2）開啟降噪模塊狀態(tài)；即添加降噪模塊后，針對第一部分和第二部分噪聲源而做出降低峰值電流對策時測量的數(shù)據；試驗中，峰值電流由5.7 A降低為5.3 A時，反推電流為4.5 A時測量的結果；

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時測量的結果。

試驗過程中，通過電流鉗與示波器檢測高壓油泵電流幅值。

4　試驗結果及分析

4.1加裝隔聲罩蓋

由圖8可以看到，在1～20 000 Hz范圍內，加裝隔聲罩前高壓油泵近場噪聲為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)，當峰值電流為5.7 A時，在0～51 200 Hz范圍內，高壓油泵的噪聲為80.32 dB（A），當開啟降噪策略后，降低峰值電流同時延長電流持續(xù)時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，同時電流持續(xù)時間增長，反推電流的最大為4.5 A，此時高壓油泵的噪聲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，當電流增大到4.9 A時，整體噪聲最低，較原始狀態(tài)下降2.08 dB（A）。

圖9　電流優(yōu)化對比

圖10　優(yōu)化后的結果

5　結論

1）針對怠速時高壓油泵噪聲大導致發(fā)動機聲品質下降開展分析，通過測量結果得出噪聲的主要來源是溢流閥在開啟和關閉的撞擊聲。

2）采取降噪措施是基于硬件匹配和軟件設置來完成。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，主要針對控制溢流閥打開和閉合的電流，在ECU內部增加降噪策略。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，使油泵噪聲進一步降低，優(yōu)化結果較原始狀態(tài)下降2.08dB（A）。

1梁東明．發(fā)動機進排氣系統(tǒng)仿真分析及對整車噪音的影響［D］．長春：吉林大學，2011

2曹燦，韓立．輕型載貨汽車車外噪聲分析與控制［J］．輕型汽車技術，2014（4）：16－20

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

4楊俊清．汽車噪音控制技術及改進措施［J］．試驗研究，2009（5）：43－45

5張榮偉．汽車噪音產生原因及解決對策探討［J］．黑龍江交通科技，2013（3）：147－149

6朱柳坤．汽車發(fā)動機噪音分析及降噪措施［J］．裝備制造技術，2010（3）：92－94

7姚奇．汽車產生噪音的原因與控制［J］．工業(yè)技術，2012（10）：74－76

8樊哲林．氣缸蓋組件質量對發(fā)動機噪音的影響［J］．機電工程技術，2002，7（31）：115－117

9武志平，冉穎，李園．降低汽車噪聲的方法探析［J］．應用科學，2010（3）：148－150

10郭一鳴．汽車隔音產品的行業(yè)現(xiàn)狀、市場需求與發(fā)展分析［J］．研究與開發(fā)，2011（10）：63－68

11農業(yè)技術裝備．汽車隔音工程研究［J］．農業(yè)技術裝備，2009（5）：04－07

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)動機性能開發(fā)及臺架標定。