怠速高压油泵噪声优化的试验研究

马少康　乔佳伟　翟若愚　王义夫　姜　坤　乔　闯（1-长城汽车股份有限公司技术中心河北保定0710002-河北省汽车工程技术研究中心）

怠速高压油泵噪声优化的试验研究

马少康1，2乔佳伟1，2翟若愚1，2王义夫1，2姜坤1，2乔闯1，2
（1-长城汽车股份有限公司技术中心河北保定0710002-河北省汽车工程技术研究中心）

某款发动机在试验中发现怠速时高压油泵噪声大，影响了NVH性能。通过分析高压油泵结构和测量数据表明，噪声来源为油泵工作时溢流阀开关时所产生的撞击声。针对该问题，采取加装隔声罩和增加ECU内部的降噪策略实现降噪。试验结果表明：加装隔声罩盖能够降低噪声1.63 dB（A）；开启降噪策略后，高压油泵的噪声降低1.47 dB（A），通过优化策略，噪声进一步降低2.08 dB（A）。

怠速噪声隔声罩降噪策略

引言

近年来，车辆所发出的外部噪声对人们的工作、生活以及健康造成了较大的影响［1-2］，引起人们对车辆的舒适性提出了更高的要求。因此降低汽车噪声与振动，提升车辆NVH品质越来越成为车辆开发的重点［3-5］。发动机作为车辆的关键部件，其NVH品质直接影响整车的该项性能，而整车的噪声约有46%直接来源于发动机［6-7］，不同的部件对发动机噪声的影响也不一样［8-9］，因此研究发动机的NVH性能有着重要意义。

1　问题描述

在某一款发动机的开发过程中发现在怠速时，主观评价高压油泵的噪音较大，影响发动机的声品质。若以该种状态投放市场，必然引起顾客抱怨，影响市场销售，因此必须对问题进行深入研究查找真因，采取有效措施消除或减小噪音，提高发动机的NVH性能水平。

2　原因分析

2．1高压油泵作用

在发动机的实际工作过程中，据燃油系统所需压力，计算出所需的油泵供油质量，再转换成供油体积，依据所需燃油体积，计算出高压油泵溢流阀的通电时刻，从而实现适时、精确地向燃油导轨提供燃油。高压油泵为单柱塞泵，通过发动机驱动凸轮和挺柱体带动油泵柱塞运动，从而向燃油导轨供油。高压油泵内部设计有溢流阀，精确控制燃油流量，油泵内部柱塞的运动使燃油压力升高，当油压大于导轨内压力时，即通过油泵出油口和高压油管进入高压燃油导轨。当导轨内部压力大于设定的最大压力时，燃油会通过油泵内的安全阀流回油泵，达到泄压和保护油轨的作用。

2．2高压油泵工作原理

高压油泵工作时，所产生的电磁力使溢流阀关闭，达到蓄压、泵油的目的；高压油泵断电，电磁线圈的电磁力自行消失，溢流阀在回位弹簧的作用下自行打开，进入吸油和溢流状态。其过程如下：

1）油泵未通电，溢流阀打开，柱塞下行，油泵吸入燃油；

2）油泵未通电，溢流阀打开，柱塞上行，油泵溢流；

3）油泵通电，溢流阀关闭，油泵泵油。高压油泵工作原理如图1所示。

图1　高压油泵工作原理

2.3噪声来源

发动机在怠速工况附近工作时，由于溢流阀开关造成的油泵噪声可通过控制溢流阀电流来降低。通过测试，噪声分别来源于：

1）溢流阀打开时，衔铁撞击磁体产生的噪声；

2）溢流阀闭合时，拉杆撞击磁盘座产生的噪声；

3）溢流阀闭合时，拉杆与磁盘座共同撞击止推片产生的噪声，如图2、3所示。

图2　高压油泵结构

图3　高压油泵工作电流

3　试验设备及方案

3.1试验设备

试验在一款4缸16气门电控直喷汽油机上进行，发动机排量：2 L，缸径×行程：82.5 mm×92 mm，压缩比：9.3，喷油器：6孔，油轨压力：6～20 MPa；燃油型号：京95#；机油：美孚5W-40。试验设备包含自主开发电控系统、电涡流测功机等用以监控试验条件的变化。试验过程中严格控制机油温度为95℃，水温为98℃，进气温度为25℃。

噪声测试软件采用LMS Test.lab2，LMS数据采集系统SCM053，三向加速传感器采用PCB-356A264，声学麦克风采用GRAS-1/2″26CA5，电流钳Tektronix-A622。设备在台架上的布局如图4所示。测量的噪声为高压油泵的近场噪声，高压油泵参数如表1所示，试验在消声试验室中进行。

图4　测噪设备台架布置图

表1　高压油泵参数

3.2试验方案

通过数据调整发动机在怠速工况，转速750±25 r/min，油轨压力控制为4 MPa。

根据噪声产生的来源，可通过硬件和软件两方面进行降低噪声的优化工作。

硬件调整：将添加隔声罩，发动机舱常用的隔声设备有引擎盖消声隔热垫和前围前隔热垫［10-11］。隔声设备能够吸收和反射噪声，消耗声能，进而降低噪声。因此添加隔声设备能够降低发动机和相应零部件的噪声，高压油泵隔声罩在油泵上的装配如图5所示。

图5　隔声罩盖

软件部分：在ECU内部添加降噪模块，主要通过泵油循环中溢流阀的通电状态，进而控制撞击噪声。针对第一、二部分的噪声来源，可通过调整电流降低撞击力和延长通电结束时间以降低或者消除撞击力，如图6所示，试验中采取降低电磁阀的电流进而降低撞击力，针对第三部分，可再次通电给拉杆一个反向电流以降低撞击力，如图7所示。

图6　峰值电流优化示意图

图7　反推电流优化示意图

3.3数据测量

根据噪声的来源和ECU降噪功能的实现，将试验测量的结果分为三种状态：

1）原始状态；即未添加降噪模块时的测量数据；此时峰值电流为5.7 A。

2）开启降噪模块状态；即添加降噪模块后，针对第一部分和第二部分噪声源而做出降低峰值电流对策时测量的数据；试验中，峰值电流由5.7 A降低为5.3 A时，反推电流为4.5 A时测量的结果；

3）优化降噪模块状态；在峰值电流为5.3 A，反推电流由4.5 A增大到4.9 A时测量的结果。

试验过程中，通过电流钳与示波器检测高压油泵电流幅值。

4　试验结果及分析

4.1加装隔声罩盖

由图8可以看到，在1～20 000 Hz范围内，加装隔声罩前高压油泵近场噪声为74.12 dB（A），加装后其噪声为72.49 dB（A），其噪声下降1.63 dB（A），降噪效果明显。

图8　加装隔声罩前后噪声对比

4.2优化溢流阀电流

从图9、10可以看到，在原始状态，当峰值电流为5.7 A时，在0～51 200 Hz范围内，高压油泵的噪声为80.32 dB（A），当开启降噪策略后，降低峰值电流同时延长电流持续时间以降低拉杆撞击衔铁撞击磁块的噪声，峰值电流降为5.30 A，同时电流持续时间增长，反推电流的最大为4.5 A，此时高压油泵的噪声78.85 dB（A），较原始状态下降1.47 dB（A）。增大反推电流以降低拉杆撞击磁盘座的声音，当电流增大到4.9 A时，整体噪声最低，较原始状态下降2.08 dB（A）。

图9　电流优化对比

图10　优化后的结果

5　结论

1）针对怠速时高压油泵噪声大导致发动机声品质下降开展分析，通过测量结果得出噪声的主要来源是溢流阀在开启和关闭的撞击声。

2）采取降噪措施是基于硬件匹配和软件设置来完成。通过在高压油泵上加装隔声罩盖，能够有效的降低噪声1.63 dB（A）。软件方面，主要针对控制溢流阀打开和闭合的电流，在ECU内部增加降噪策略。开启降噪策略能够有效的降低噪声1.47dB（A），并通过增大反推电流优化降噪策略，使油泵噪声进一步降低，优化结果较原始状态下降2.08dB（A）。

1梁东明．发动机进排气系统仿真分析及对整车噪音的影响［D］．长春：吉林大学，2011

2曹灿，韩立．轻型载货汽车车外噪声分析与控制［J］．轻型汽车技术，2014（4）：16－20

3蒋永敏．浅析汽车的吸音隔音材料［J］．材料与设备，2012（6）：8－10

4杨俊清．汽车噪音控制技术及改进措施［J］．试验研究，2009（5）：43－45

5张荣伟．汽车噪音产生原因及解决对策探讨［J］．黑龙江交通科技，2013（3）：147－149

6朱柳坤．汽车发动机噪音分析及降噪措施［J］．装备制造技术，2010（3）：92－94

7姚奇．汽车产生噪音的原因与控制［J］．工业技术，2012（10）：74－76

8樊哲林．气缸盖组件质量对发动机噪音的影响［J］．机电工程技术，2002，7（31）：115－117

9武志平，冉颖，李园．降低汽车噪声的方法探析［J］．应用科学，2010（3）：148－150

10郭一鸣．汽车隔音产品的行业现状、市场需求与发展分析［J］．研究与开发，2011（10）：63－68

11农业技术装备．汽车隔音工程研究［J］．农业技术装备，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）

马少康（1984-），男，硕士研究生，主要从事发动机性能开发及台架标定。