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某轎車輸油泵噪聲分析與優(yōu)化

文檔作者：穆海寧金艷芳文檔來(lái)源：安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月27日
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第53 卷 第5 期
Vol. 53 No. 5
2015 年5 月
May 2015
農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程
AGRICULTURAL EQUIPMENT &amp;amp; VEHICLE ENGINEERING
doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2015.05.016
某轎車輸油泵噪聲分析與優(yōu)化
穆海寧，金艷芳
（230601 安徽省 合肥市 安徽江淮汽車股份有限公司 技術(shù)中心）
[ 摘要] 針對(duì)某轎車怠速工況噪聲峰值問(wèn)題，基于輸油泵零部件噪聲臺(tái)架測(cè)試，確認(rèn)輸油泵噪聲偏高。通
過(guò)改變回油管路中引射閥結(jié)構(gòu)、增大節(jié)流閥內(nèi)徑，改進(jìn)了輸油泵回油結(jié)構(gòu)，并在儲(chǔ)油桶底部增加了彈性底
座以優(yōu)化振動(dòng)傳遞路徑，最終使輸油泵噪聲降至設(shè)計(jì)要求以內(nèi)。
[ 關(guān)鍵詞] 輸油泵；噪聲；改進(jìn)；優(yōu)化
[ 中圖分類號(hào)] U464.136 [ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] B [ 文章編號(hào)] 1673-3142(2015)05-0068-04
Analysis and Optimization of Fuel Pump Noise
Mu Haining, Jin Yanfang
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., R&amp;amp;D Center, Hefei City, Anhui Province 230601, China)
[Abstract] To the problem of idle speed noise peak value in a car, based on the noise bench test of fuel pump, it’s confirmed that
fuel pump noise is too high . By changing ejector valve structure and increasing the throttle valve diameter in pipe line, the pump
backflow structure is improved; and elastic base is added at the bottom of the oil bucket to optimize the vibration transfer path,
eventually fuel pump noise dropped below the design requirements.
[Key words] fuel pump；noise；improve；optimize
0 引言
轎車室內(nèi)噪聲已成為確定車輛品質(zhì)的重要
因素，幾十年來(lái)，車內(nèi)噪聲和振動(dòng)大大降低。
隨著主要噪聲振動(dòng)源的性能改善，原來(lái)諸多次
要噪聲振動(dòng)源突出出來(lái)，因此，降低系統(tǒng)和零
部件的噪聲振動(dòng)變得越來(lái)越重要[1-3]。
為安全防護(hù)起見(jiàn)，燃油箱往往安裝在汽車底
盤中后端，非?？拷团?。裝在燃油箱內(nèi)的輸油
泵工作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)和噪聲傳遞到油箱壁，后者
受激振動(dòng)而輻射出噪聲，對(duì)整車的測(cè)評(píng)及舒適性
產(chǎn)生重要的影響。
1 輸油泵結(jié)構(gòu)概述
見(jiàn)圖1，輸油泵主要由泵芯（永磁電動(dòng)機(jī)、渦
輪泵、止回閥以及安全閥等組成[4-5]）、儲(chǔ)油桶、
調(diào)壓閥、出油管、回油管、引射閥等組成。輸油泵
通電后，泵芯將儲(chǔ)油桶內(nèi)燃油以一定的壓力和流
量通過(guò)輸油支路提供給發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒，未進(jìn)入發(fā)動(dòng)
機(jī)燃燒的多余燃油通過(guò)回油支路沖擊調(diào)壓閥，調(diào)
壓閥打開(kāi)后，燃油通過(guò)回油管流經(jīng)引射閥，最終進(jìn)
入儲(chǔ)油桶，并通過(guò)引射閥將更多的燃油帶入儲(chǔ)油桶。
2 輸油泵零部件噪聲測(cè)試及評(píng)價(jià)方法
2.1 輸油泵零部件噪聲測(cè)試方法（見(jiàn)圖2）
2.1.1 試驗(yàn)儀器
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、麥克風(fēng)、加速度傳感器、支架、
直流穩(wěn)壓電源等。
2.1.2 試驗(yàn)條件
（1） 試驗(yàn)在半消聲室內(nèi)進(jìn)行， 背景噪聲
≤ 30 dB(A)，直流穩(wěn)壓電源及其他對(duì)油泵噪聲測(cè)
試產(chǎn)生干擾的設(shè)備應(yīng)放置在消聲室外。
收稿日期： 2015-01-20 修回日期：2015-02-03
圖1 輸油泵原理圖
Fig.1 The principle diagram of fuel pump
止回閥
儲(chǔ)油桶
輸油支路回油支路
調(diào)壓閥
泄壓閥
油箱
引射閥
泵芯
第 53 卷第 5 期 69
（2）試驗(yàn)用測(cè)試液替代汽油（也可用其它品
質(zhì)相近的油液替代）。
（3）試驗(yàn)輸入電壓為整車工作電壓13.5 V。
（4）保證測(cè)試時(shí)工作油壓與整車工作油壓相同。
2.1.3 試驗(yàn)布置
測(cè)試臺(tái)架布置應(yīng)符合圖2 規(guī)定，燃油箱通過(guò)
橡膠墊固定在支架上，支架放置于地面，輸油泵上
表面離地距離為500mm，加速度傳感器布置在輸
油泵上表面，麥克風(fēng)位于輸油泵正上方300mm 處。
2.1.4 試驗(yàn)步驟
（1）根據(jù)測(cè)試需求，在數(shù)據(jù)采集軟件中設(shè)置
采集參數(shù)，一般按表1 進(jìn)行。
（2）在燃油箱中加入測(cè)試液至1/2 燃油箱額
定容積；
（3）打開(kāi)直流穩(wěn)壓電源開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)輸出電壓，
使得輸油泵輸入端電壓為整車工作電壓13.5 V；
（4） 待輸油泵工作平穩(wěn)（ 電壓穩(wěn)定在
13.5±0.1 V）后激活測(cè)試軟件，采集10 s 的振動(dòng)
噪聲信號(hào)。確保得到3 組有效數(shù)據(jù)，關(guān)閉直流穩(wěn)
壓電源；
（5）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到振動(dòng)、噪聲頻譜圖
以及噪聲總聲壓級(jí)（OA）。
2.2 輸油泵零部件噪聲水平評(píng)價(jià)方法
（1）噪聲總聲壓級(jí)（OA）≤ 50 dB(A)。
（2）噪聲頻譜線分布位于圖3 折線以下。
3 輸油泵噪聲優(yōu)化與分析
3.1 案例來(lái)源
某轎車開(kāi)發(fā)過(guò)程中，整車怠速工況下車內(nèi)噪
聲測(cè)試結(jié)果（駕駛員右耳）不滿足要求，數(shù)據(jù)如
圖4 所示，某一噪聲在83 Hz/166 Hz 處存在峰值。
但此頻率段峰值與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，因此推測(cè)為
輸油泵噪聲貢獻(xiàn)量。
3.2 案例數(shù)據(jù)測(cè)試
通過(guò)輸油泵零部件噪聲臺(tái)架試驗(yàn)測(cè)試，輸油
泵單體噪聲總聲壓級(jí)（OA）在55dB(A) 左右，不
滿足輸油泵噪聲評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；且噪聲峰值和振動(dòng)峰
值與圖4 所標(biāo)記的車內(nèi)噪聲峰值所在頻率基本一
致（輸油泵噪聲頻譜和振動(dòng)頻譜如圖5 和圖6）。
因此，確認(rèn)噪聲源為輸油泵。
4 輸油泵噪聲優(yōu)化方案
4.1 輸油泵噪聲分析
輸油泵噪聲的來(lái)源主要分為兩種，泵芯運(yùn)轉(zhuǎn)
噪聲和高壓燃油沖擊噪聲[6]。其中泵芯運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲
表1 測(cè)試參數(shù)設(shè)置
Tab.1 Test parameter settings
項(xiàng)目參數(shù)備注
跟蹤模式Time
采樣時(shí)間/s 10
可根據(jù)測(cè)試需
求調(diào)整
時(shí)間間隔/s 0.1
分析頻率/Hz
振動(dòng)1 024
噪聲10 240
分辨率/Hz 1 Hz
窗函數(shù)Hanning
平均模式None
計(jì)算自功率譜格式RMS
穆海寧 等：某轎車輸油泵噪聲分析與優(yōu)化
圖2 輸油泵零部件噪聲測(cè)試臺(tái)架布置
Fig.2 Noise test bench arrangement of fuel pump
麥克風(fēng)
加速度傳感器
油箱
橡膠墊
支架
50 cm 30 cm
圖3 輸油泵噪聲頻譜要求曲線
Fig.3 The fuel pump noise spectrum curve
頻率/Hz
100 1 000 10 000 100 000
100 Hz 4 000 Hz
16 000 Hz
聲輻射/dB(A)
40
35
30
25
20
15
10
50
圖4 整車怠速工況車內(nèi)噪聲測(cè)試結(jié)果
Fig.4 The test results of vehicle idle condition interior noise
Pa
dB(A)
40
35
33
30
28
25
23
20
18
15
13
10
7520
-3
20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 1 000
Hz
20.00
70 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程 2015 年
產(chǎn)生的機(jī)理主要有3 種：燃油流量與壓力的波動(dòng)
變化；油泵吸油腔內(nèi)的氣泡破裂；油泵零件引起
的振動(dòng)[7]。根據(jù)圖5 和圖6 可看出，噪聲頻譜超
出目標(biāo)曲線的頻率約為80 Hz、160 Hz、320 Hz、
400 Hz、480 Hz、560 Hz 和640 Hz，而在以上幾
個(gè)頻率段處，振動(dòng)頻譜也相應(yīng)出現(xiàn)峰值。因此，
可確認(rèn)輸油泵噪聲超出設(shè)計(jì)目標(biāo)的主要原因是零
部件引起的振動(dòng)。
4.2 優(yōu)化方案
聲源控制、傳播途徑控制和保護(hù)接收者是噪
聲控制的主要措施。而聲源控制是噪聲控制中最
根本和最有效的手段，也是近年來(lái)最受重視的問(wèn)
題，研究各種聲源的發(fā)生機(jī)理、控制和降低噪聲
的發(fā)生是根本措施。目前在聲源控制上主要采用
兩種辦法：一是改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高加工和裝配
質(zhì)量，以降低聲源的輻射聲功率；二是采用隔振、
阻尼處理等減小振動(dòng)能量的傳遞或減小振動(dòng)[8-9]。
由于輸油泵振動(dòng)主要是回油沖擊引起的振動(dòng)
和泵芯運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械振動(dòng)，因此制定以下優(yōu)化方案：
（1）改變回油管中的引射閥結(jié)構(gòu)，且節(jié)流閥
口徑由Φ2 mm 增加到Φ3 mm，以降低回油沖擊
引起的振動(dòng)及沖擊噪聲。
優(yōu)化前的引射閥結(jié)構(gòu)如圖7，回油管及節(jié)流閥
布置在儲(chǔ)油桶外部，傘形閥布置在儲(chǔ)油桶內(nèi)部（圖
示通道另一端），燃油流向如箭頭所示。由于燃油
需要沖擊傘形閥才能進(jìn)入儲(chǔ)油桶，需要較高的燃油
壓力及流速，因此節(jié)流閥口徑較小（Φ2 mm），
才能滿足要求。節(jié)流閥及傘形閥的阻礙，使得在
回油過(guò)程產(chǎn)生振動(dòng)及沖擊噪聲。此外，由于此輸
油泵所配發(fā)動(dòng)機(jī)為渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，輸油壓力為
550 kPa，較一般輸油泵油壓高；且整車怠速工況
下，發(fā)動(dòng)機(jī)燃油需求量較小，輸油泵回油量很大,
回油沖擊引起的振動(dòng)和噪聲更明顯。因此，針對(duì)
傘形閥和節(jié)流閥進(jìn)行引射閥結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
優(yōu)化后的引射閥結(jié)構(gòu)如圖8 所示，更改儲(chǔ)油
桶和引射閥結(jié)構(gòu)，將引射閥結(jié)構(gòu)布置在儲(chǔ)油桶內(nèi)
部，其中傘形閥布置在儲(chǔ)油桶底部，且位于節(jié)流
閥下方的空腔內(nèi)?；赜徒?jīng)節(jié)流閥使燃油流速及壓
力上升，然后直接回到儲(chǔ)油桶，并通過(guò)引流作用
帶走腔體里的燃油，此時(shí)腔體內(nèi)壓力變小，儲(chǔ)油
桶外部燃油頂開(kāi)傘形閥進(jìn)入儲(chǔ)油桶內(nèi)，達(dá)到補(bǔ)充
燃油的目的（燃油流向如箭頭所示）。由于回油
不用沖擊傘形閥，所需燃油壓力及流速較小，所
以將節(jié)流閥口徑增加到Φ3mm。相比原來(lái)的回油
結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)回油及引流作用更加順暢，可以有
效降低回油沖擊引起的振動(dòng)及沖擊噪聲。
（2）由于目前泵芯已采用碳刷等一些較優(yōu)的
設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)已很難優(yōu)化自身的機(jī)械
振動(dòng)。因此，在儲(chǔ)油桶底部增加一個(gè)彈性底座，
圖8 優(yōu)化后輸油泵引射閥結(jié)構(gòu)
Fig.8 The optimized structure of fuel pump ejector valve
圖5 輸油泵噪聲頻譜
Fig.5 The noise spectrum of fuel pump
Pa
dB(A)
50
48
45
43
40
30
35
33
30
28
25
23
20
18
15
13
10
750
20 25 32 40 50 63 80 100 160 250 315 400 500 630 800 1 250 2 000 3 150 5 000 1 0 240
Hz
20.00
圖6 輸油泵振動(dòng)頻譜
Fig.6 The vibration spectrum of fuel pump
m/s2
振幅
800e-3
800e-3
700e-3
700e-3
600e-3
600e-3
500e-3
500e-3
400e-3
400e-3
300e-3
300e-3
200e-3
200e-3
100e-3
50e-3
800e-6
20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 1 024
Hz
20.00 1024.00 圖7 優(yōu)化前輸油泵引射閥結(jié)構(gòu)
Fig.7 Fuel pump ejector valve structure before optimization
儲(chǔ)油桶
回油管
節(jié)流閥
通道
傘形閥
第 53 卷第 5 期 71
以衰減輸油泵與燃油箱之間的振動(dòng)及噪聲傳遞。
見(jiàn)圖9、圖10。
5 優(yōu)化方案測(cè)試結(jié)果
采用上述優(yōu)化方案的樣件，按照輸油泵零
部件噪聲測(cè)試方法進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2 所
示，噪聲總聲壓級(jí)（OA）較優(yōu)化前結(jié)構(gòu)減小了約
7 dB(A)，降至48.5 dB(A)，振動(dòng)加速度得到明顯降
低（如圖11），噪聲頻譜線也位于目標(biāo)頻譜折線
以下（如圖12），滿足輸油泵噪聲評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。
7 結(jié)論
本文針對(duì)某轎車怠速工況輸油泵對(duì)室內(nèi)噪聲
貢獻(xiàn)量較大的問(wèn)題，進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)及結(jié)構(gòu)分析，
并提出改進(jìn)回油結(jié)構(gòu)和增加彈性底座以優(yōu)化振動(dòng)
傳遞路徑的方案，有效降低了輸油泵的工作噪聲，
為同類輸油泵的開(kāi)發(fā)提供了一定借鑒和幫助。
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作者簡(jiǎn)介 穆海寧（1989— ） 男，底盤設(shè)計(jì)工程師。E-mail:
dp2.cyy.jszx@jac.com.cn
圖9 優(yōu)化前儲(chǔ)油桶結(jié)構(gòu)
Fig.9 Oil bucket structure before optimization
表2 輸油泵優(yōu)化方案零部件噪聲測(cè)試結(jié)果
Tab.2 The fuel pump noise test results of optimization solution
測(cè)試電壓/V 13.5
樣件編號(hào)1# 2#
噪聲總聲壓級(jí)（OA）/dB(A) 48.28 48.57
輸油泵頂面
振動(dòng)/(m/s2)
X 0.52 0.49
Y 0.45 0.49
Z 0.58 0.66
穆海寧 等：某轎車輸油泵噪聲分析與優(yōu)化
圖10 優(yōu)化后儲(chǔ)油桶及底座結(jié)構(gòu)
Fig.10 The optimized structure of oil bucket and base
圖11 輸油泵優(yōu)化方案振動(dòng)頻譜
Fig.11 The fuel pump vibration spectrum of optimization solution
m/s2
振幅
m/s2
振幅
m/s2
振幅
300e-3
200e-3
100e-3
0
200e-3
100e-3
0
300e-3
200e-3
100e-3
0
20 25 32 40 50 63 80 100 12H5 1z60 200 250 315 400 500 630 1 000
20 25 32 40 50 63 80 100 12H5 1z60 200 250 315 400 500 630 1 000
20 25 32 40 50 63 80 100 12H5 1z60 200 250 315 400 500 630 1 000
圖12 輸油泵優(yōu)化方案噪聲頻譜
Fig.12 The fuel pump noise spectrum of optimization solution
20 40 50 60 80 100 200 300 400 600 1 000 2 000 3 000 10 240
Hz
20.00 10240.00
Pa
dB(A)
50.00
45.00
40.00
35.00
30.00
25.00
20.00
15.00
10.00
5.00
0.00

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