某SUV整车燃油喷射系统噪声的试验研究.pdf

10.16638/ ki.1671-7988.2016.05.033 10.16638/ ki.1671-7988.2016.05.033 某 SUV 整车燃油喷射系统噪声的试验研究 王金立，李凯，张立庆，郑超，袁飞 （安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601） 摘 要：某 SUV 整车商品评价反馈，驾驶舱内有较为明显的“哒哒”异响，通过试验确定该噪声源为喷油器工作撞 击；针对该问题，分别从前围板穿孔密封、进油管路、油轨总成和油轨声学罩等方面进行了试验研究，最终确定了 可实施的工程方案，有效的解决了该问题。 关键词：燃油喷射系统；前围板穿孔密封；进油管路；油轨总成；油轨声学罩 中图分类号：U467.4 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2016)05-156-04 Experimental Study of a SUV Fuel Injection System Noise Wang Jinli, Li Kai, Zhang Liqing, Zheng Chao, Yuan Fei （AnHui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601） Abstract: A SUV vehicle Audit Estimate give feedback that abnormal rattle noise is clearly in the driver cabin when idle. The noise resource is the working injector. Keywords: Fuel Injection System; Front End Panel Hole Sealing; Fuel input pipeline; Fuel Rail Assembly; Fuel Rail Sound package CLC NO.: U467.4 Document Code: A Article ID: 1671- 7988 (2016)05- 156- 04 引言 顾客购买汽车时，非常注重经济性和舒适性（噪声与振 动），噪声与振动的好坏已经成为汽车品牌的一个重要标志 1。异响是顾客不希望听到的声音，他们会对异响产生极大 的反感和抱怨，甚至怀疑汽车的质量2。发动机对整车噪声 贡献较大，燃油喷射系统是发动机核心部件，其工作时会产 生典型的振动噪声。 本文通过对某 SUV 整车反馈的 “哒哒” 异响进行了试验 调查，确定该异响源为燃油喷射系统，主要是喷油器工作撞 击产生。分析了燃油喷射系统噪声产生的机理和传递路径， 针对性的提出了改进方案并进行了试验验证。 1、燃油喷射系统噪声机理分析 1.1 燃油喷射系统结构 点燃式发动机燃料供给系统主要由燃油箱、燃油泵、燃 油滤清器、油轨、喷油器及连接管路等零部件组成3。油轨、 喷油器直接固定在发动机上，并通过快插进油管连接到燃油 滤清器。本文讨论的燃油喷射系统仅针对燃油滤清器后的部 件，包括快插油管、油轨和喷油器等。 图 1 喷油器结构 喷油器主要结构包括衔铁、接杆、弹簧、针阀管、球阀 和阀座等，见图 1。由于该喷油器带电加热功能，因此针阀 作者简介：王金立，作者简介：王金立，就职于安徽江淮汽车股份有限公司。 汽车实用技术汽车实用技术 157 2016 年第 5 期 2016 年第 5 期 长度较常规喷油器长，相应的针阀质量也较大，造成喷油工 作噪声恶化4。 1.2 燃油喷射系统噪声机理 喷油器开启时，衔铁与接杆发生撞击；关闭时，球阀与 阀座产生撞击，两次撞击产生的噪声和振动会通过喷油器壳 体、燃油传递到油轨和进油管等。喷油器噪声机制如下： 1) 撞击瞬间，球阀- 阀座之间的燃油被压缩产生高速喷 射。 2) 撞击瞬间，衔铁- 接杆、球阀- 阀座由于碰撞产生突然 变形，在该面附近激发较强的压力脉冲噪声。 3) 撞击瞬间，由于部件表面的变形，在这些部件表面的 侧向产生突然的膨胀，形成压力脉冲噪声。 4) 撞击后引起的受撞部件结构共振所激发的结构噪声。 燃油压力脉冲会传递到油轨、快插进油管等，并激励该 部件产生结构噪声，最终通过车身传递、透射到驾驶舱内， 被驾乘人员感知到。图 2 对燃油喷射系统噪声的传递进行了 识别，虚线表示空气辐射，主要是发动机舱前围板处的各种 穿孔、缝隙的直接传递辐射。 图 2 燃油喷射系统噪声路径图 2、试验结果及分析 2.1 噪声源调查 测试了车内噪声、油轨振动，对车内噪声进行数字滤波 回放，“哒哒”音频段为 1100- 2600Hz，油轨振动在该频段 的振动也较大，见图 3。 4000.0010.001001000203040506070 80 90200300400500 600 7008002000 Hz 驾驶右耳 (CH1) 10.00 0.00 s Time 40.00 -40.00 dB(A) Pa 4000.0010.001001000203040506070 80 90200300400500 600 7008002000 Hz 油轨:+Z (CH6) 10.00 0.00 s Time -15.00 -80.00 dB g 图 3 油轨 Z 向振动、车内噪声时频图 该发动机为直列四缸，各缸喷油单独控制。喷油器将燃 油喷入气道后，对应气缸点燃做功，即喷油器喷油频率与发 动机发火频率大小相等。怠速转速为 756.37rpm，喷油频率 为 25.21Hz，前 15 阶喷油振动辐射均在车内噪声频谱内有体 现，见图 4。试验表明，驾驶舱“哒哒”音是喷油器工作产 生的振动噪声。 400.0020.00100200300406080120140160180220240260280320340360380 Hz 0.21 0.00 Real g 1.30e-3 0.00 Real(A) Pa 25.2150.4275.63100.84 FAutoPower 油轨:+Y 756.37 rpm FAutoPower 油轨:+Z 756.37 rpm FAutoPower 油轨:+X 756.37 rpm BAutoPower 驾驶右耳 (A) 756.37 rpm 图 4 油轨振动、车内噪声频谱 2.2 前围板穿孔密封试验分析 汽车前围板有较多的管路穿孔，包括换挡拉丝孔、转向 孔、线束孔、空调管路孔和暖风管孔等。分别对试验车辆的 穿孔进行临时密封，试验矩阵见图 5。 原车状态车内怠速噪声为 39.6dBA，穿孔全部密封后车 内怠速噪声为 37.9dBA，降低了 1.7dBA；异响频段噪声由 24.2dBA 降低到 22.4dBA，降低了 1.8dBA，主管评价怠速的 “哒哒”音消失，车内怠速噪声水平有较大的提高，其中转 向孔和换档拉丝孔对车内噪声影响较大，见图 6。 前围板穿孔密封可以大大提高车内噪声水平，转向孔和 换挡拉丝孔的密封性能有较大的改善空间。 原始 换挡拉丝 过孔密封 转向过孔 密封 线束过孔密 封 副驾暖风 机密封 主驾暖风 机密封 空调管路 过孔密封 发舱密封 条密封 图 5 试验矩阵表 图 6 怠速时，车内噪声对比 2.3 进油管试验分析 原车使用的快插进油管为硬质塑料油管，橡胶进油管是 在靠近油轨处使用一段耐油橡胶管，本次验证时增加了流体 消声器，见图 7。橡胶管可利用管壁的弹性衰减燃油脉冲5， 本次验证使用的流体消声器为膨胀式6。 王金立王金立 等：某等：某 SUV 整车燃油喷射系统噪声的试验研究整车燃油喷射系统噪声的试验研究 158 2016 年第 5 期 2016 年第 5 期 车内怠速噪声为 40.16dBA， 使用橡胶进油管车内怠速噪 声为 39.04dBA，降低了 1.12dBA，增加流体消声器后，车内 怠速噪声为 38.59dBA，较硬质塑料进油管降低了 1.57dBA， 主要消声频段为 200Hz，见图 8。驻车加速时，使用橡胶进 油管后车内噪声有降低趋势，降低 0.5- 1dBA；增加流体消声 器后，车内噪声降低 0.5- 2dBA 左右，见图 9。 进油管材料和结构对降低燃油脉冲有较大的影响，其中 橡胶类材料可大大衰减燃油脉冲，降低油管辐射噪声。燃油 消声器除本文使用膨胀式之外，其他发动机也有使用弹簧膜 片式，见图 10。 图 7 带流体消声器的橡胶进油管 8000501001000607080200300400500600 700 8002000300040005000 6000 Hz 耳旁 (CH6) 40 10 dB(A) Pa 1.00 0.00 Amplitude 50.008000.00200.00 Curve50.008000.00RMS200.00Hz 25.90-40.1633.36dB(A) 25.7416.5439.0433.29dB(A) 31.2216.3638.5925.04dB(A) FOctave 1/3 耳旁 (A) 751.09 rpm 硬质塑料进油管 FOctave 1/3 耳旁 (A) 754.67 rpm 橡胶进油管 FOctave 1/3 耳旁 (A) 748.9 rpm带流体消声器的橡胶进油管 图 8 车内怠速噪声频谱-不同进油管 300010002000150025001100120013001400160017001800190021002200230024002600270028002900 rpm Tacho1 (T1) 65 40 dB(A) Pa 1.00 0.00 Amplitude FOverall level 耳旁 (A) 硬质塑料进油管 FOverall level 耳旁 (A) 橡胶进油管 FOverall level 耳旁 (A) 带流体消声器的橡胶进油管 图 9 驻车加速车内噪声-不同进油管 图 10 某竞品发动机进油管布置 2.4 油轨试验分析 油轨被燃油脉冲、喷油器撞击等激励后，会产生振动辐 射噪声。减振块依靠自身的变形能力补偿压力脉动引起的油 液体积变化， 进而抑制压力脉动的作用， 降低燃油脉冲峰值， 减振块外形见图 11。 本次试验验证使用橡胶进油管。 油轨内部增加减振块后， 油轨容积降低 1934mm3，油轨表面振动中喷油频率对应的振 动峰值略有增加7，油轨的高频结构响应降低较为明显，幅 值降低 60%- 80%左右，见图 12。 图 11 油轨内部减振块 400010Hz 油轨Y (CH6) 0.09 0.03e-3 Real g 1.00 0.00 Amplitude FAutoPower 油轨Y 1 s原始方形 FAutoPower 油轨Y 753.92 rpm 方形+减振块 图 12 油轨表面振动频谱 12000501001000607080 90200300400500600 700 8002000300040005000 600070009000 Hz 驾驶员右耳 (CH2) 40 -10 dB(A) Pa 1.00 0.00 Amplitude 50.0012000.00 Curve50.0012000.00RMSHz 23.3915.7839.35dB(A) 22.1914.2038.09dB(A) 18.5615.5537.23dB(A) FOctave 1/3 驾驶员右耳 (A) 759.71 rpm 方形油轨 FOctave 1/3 驾驶员右耳 (A) 758.53 rpm 方形油轨+减振块 FOctave 1/3 驾驶员右耳 (A) 762.76 rpm 方形油轨+减振块+包覆 图 13 车内怠速噪声频谱 2000850rpm Tacho1 (T1) 55 40 dB(A) Pa 1.00 0.00 Amplitude FOverall level 驾驶员右耳 (A) 原始方形 FOverall level 驾驶员右耳 (A) 方形+减振块 FOverall level 驾驶员右耳 (A) 圆形+减振块+包裹 图 14 驻车加速，车内噪声曲线 油轨内增加减振块后，车内怠速噪声由 39.35dBA 降低 到 38.09dBA，降低 1.29dBA；在油轨表面增加声学包裹，车 内噪声为 37.23dBA，降低了 2.12dBA，见图 13。 汽车实用技术汽车实用技术 159 2016 年第 5 期 2016 年第 5 期 油轨增加减振块后，驻车加速时，车内噪声有降低 0.5dBA- 1.5dBA 左右，油轨增加声学包覆后，车内噪声降低 0.5- 2dBA 左右，见图 14。 3、结论 （1） 燃油喷射系统噪声对车内噪声的影响较大， 通过试 验验证，最终采用了橡胶进油管和油轨内部增加减振块的的 方案进行工程实施， 消除了车内感知到的燃油喷射系统噪声。 （2） 油轨增加声学罩和燃油管路流体消声器可有效降低 燃油喷射系统噪声。 （3）该 SUV 整车前围板穿孔密封性能有较大的改进空 间。 参考文献 1 庞剑，谌刚,何华等 汽车噪声与振动- - - 理论与应用M 北京理工 大学出版社,2006. 2 庞剑,汽车车身噪声与振动控制M 机械工业出版社,2015. 3 周龙保.内燃机学M.北京:机械工业出版社.2006. 4 杨金才,杨金榜,丁艳萍,刘刚,辜庆伟，等.发动机喷油噪声控制方 法的研究J 汽车工程,2011,33(10):898- 901. 5 陈刚,朱石坚,等.挠性橡胶管管壁对压力波传播速度的影响， 2005, 24(1):114- 117. 6 马大猷.噪声与振动控制手册M 北京:机械工业出版社,2002. 7 谢辉,尹连浩,凌健,等.直喷汽油机燃油共轨系统轨压主动抗扰控 制J 天津大学学报,2014,47(10):779- 885. （上接第 121 页） 该仿真模型也适合于实际目标电流的确定和控制。 图 7 控制模型电流仿真结果 3、结论 本文在借鉴国内、外电动转向领域研究的最新成果的基 础上，对 EPS 的发展和控制策略进行了深入的分析和研究， 并