基于按需供油功能的某燃油泵噪音研究与应用.pdf

汽车科技 /AUTO SCI-TECH2023年第5期5859doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2023.05.010 收稿日期：2023-06-06基于按需供油功能的某燃油泵噪音研究与应用刘学敏（岚图汽车科技有限公司，武汉 430056）摘 要：针对某汽车按需供油电动燃油泵在发动机怠速时的噪音问题，通过对该燃油泵系统架构和原理分析，为这种燃油泵提供一种更便捷经济的解决噪音问题的方法，即通过改变燃油泵某些控制参数的方式，提升怠速时燃油泵转速，降低流体压力脉动，解决了振动噪音的问题，为后续同类产品的噪音问题解决提供了新的分析方向。关键词：燃油泵；按需供油；噪音中图分类号：U463 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2023）05-0059-06Research and Application on Noise of a Fuel Pump Based on Demand Fuel Supply Function LIU Xue-min(Lantu Automobile Technology Co.,Ltd.,Wuhan 430056,China)Abstract:In response to the noise problem of an on-demand electric fuel pump in a certain car during engine idle,a more convenient and economical solution to the noise problem is provided by analyzing the architecture and principle of the fuel pump system.By changing certain control parameters of the fuel pump,the speed of the fuel pump is increased during idle,the fluid pressure pulsation is reduced,and the vibration noise problem is solved,which provides a new analytical direction for solving the noise problem of similar products in the future.Key Words:Fuel Pump;On Demand Fuel Supply;Noise1 引言截至2021年底，中国机动车保有量达3.93亿辆，其中汽车突破3亿辆，驾驶人达4.79亿人；每刘学敏毕业于武汉理工大学，学士学位，现就职于岚图汽车科技有限公司技术中心，任动力系统产品设计工程师，研究方向为燃油系统产品设计与开发。年新登记机动车3000多万辆，新领证驾驶人2000多万人，总量和增量均位居世界第一。蓬勃发展的中国汽车市场背后是庞大的中国汽车消费者，中国消费者对汽车的偏好值得汽车行业的重视。根据全球最专业最权威的市场调研公司之一J.D.Power最近几年的中国新车质量研究表明，中国消费者对于新车最不满意的前20个问题中，排名第一的是车内异味，排在第二位的是车内噪音问题。可见，中国消费者对汽车噪音问题的关注度很高。市场调研发现，燃油泵工作噪音抱怨在许多图23 双缸-悬置z向解调图24 无空压机-悬置z向解调 从图中可知，这两种状态下载曲轴转频处没有前文所述调制现象。单 缸 和 双 缸 台 架 振 动 测 试 结 果 如 表 2 所示，在各怠速转速下，双缸在1阶曲轴附近转频（820hz）明显小于单缸，发动机缸体和悬置振动加速度RSS值小于0.1m/s2，主观评价的间歇性振动不容易被感知的。由此可通过控制发动机台架振动从而改善整车间歇性振动问题。表2 单缸和双缸台架振动测试结果1 阶曲轴/m/s2空压机RSS 左后悬上 RSS 缸体 RSS650rpm单缸0.60.180.18双缸0.230.080.09700rpm单缸0.390.120.13双缸0.160.060.08750rpm单缸0.370.10.12双缸0.080.020.02800rpm单缸0.440.110.13双缸0.080.020.04850rpm单缸0.530.150.17双缸0.280.090.11900rpm单缸0.580.170.22双缸0.270.080.125 结论通过问题诊断和排查，确定该车的怠速间歇性振动的主要原因是发动机曲轴1阶与空压机转动频率接近引起的间歇性振动。拆除空压机和更换双缸空压机，间歇性抖动消除。通过控制发动机台架1阶曲轴附近转频振动，发动机缸体和悬置振动加速度RSS值小于0.1m/s2，主观评价的间歇性振动不容易被感知的。参考文献：1相龙洋，顾彦.汽车怠速异常抖动分析及诊断J.汽车实用技术，2019(2):172-174.2相龙洋，顾彦，黄亚.汽车怠速间歇性异常抖动研究J.汽车实用技术，2019(8):136-138.3李传海，高攀，王健，等.整车怠速间歇性抖动评价方法及控制C.2019 中国汽车工程学会年会论文集(4)，2019.4陈俊杰，李松林，张发雄，等.基于阶次分析方法解决柴油机拍振问题J.噪声与振动控制，2016，36(5):4.专家推荐语本文针对某自卸车在怠速工况下，存在间歇性振动，严重影响驾乘舒适性的问题，通过怠速振动时频域分析，按激励源传递路径响应进行原因理论分析，设计多种工况进行主客观试验验证，得知怠速间隙性振动的原因为发动机曲轴1 阶与空压机转动频率接近而产生调制诱发间歇性振动，后通过将空压机由单缸更换双缸来避频，结果验证有效，从而解决了间歇性振动问题。全文结构完整，论点明确、理论正确、论据有效、逻辑性强、可读性较强，有一定的学术水平，有很好的实际应用价值。康润程国家汽车质量检验检测中心（襄阳）NVH专业副总师 研究员级高级工程师某自卸车怠速间歇振动改善研究汽车科技 /AUTO SCI-TECH2023年第5期6061图3 燃油泵泵芯结构示意图3.3 调压阀工作原理当燃油管路内的油压过低时会导致喷油器喷油太弱或不喷油，而油压太高则使油路损毁或喷油器损坏。调压阀的功能就是把泵芯提供的压力燃油按照系统设计的要求调节到规定的压力位、保持油路内的压力恒定。调压阀由壳体，阀门，弹簧组成，如图4所示。当实际油压高过燃油系统阈值时，高压燃油顶动阀门，克服弹簧压力，阀门打开泄压；当实际油压低于燃油系统阈值时，弹簧弹力将阀门关闭，压力得以保持并持续增压直至压力达到系统阀值。图4 压力调节器工作原理示意图3.4 引射泵工作原理射流泵其实是一段变径结构，它利用电动燃油泵泵芯的一部分泵油燃油流量或者回油流量作为引子，根据伯努利原理，把燃油箱中储油桶进油口附近的燃油引射到储油桶内，如图5所示。具体来说，就是油液从P1入口进入引射泵后，当流经PVC（VC，vena contracta，缩流断面点）位置时，由于此处管道截面积突然减小，油液速度变大快速通过管道形成射流，而PVC位置的压力降低形成负压区，将油箱底部燃油吸入储油桶中，保持储油桶内液位，如图5所示。图5 引射泵工作原理示意图4 按需供油燃油泵介绍早期开发的燃油泵不能按照发动机的需求来供油，因为燃油泵没有控制器单元，只由继电器进行控制，因而燃油泵只有两种工作状态，即停止和全速运转。停止状态时，燃油泵不工作，不抽取燃油；全速状态时燃油泵全负荷运行，以最大燃油量进行燃油供给。由于发动机的工况复杂多样，相当多的时间处于怠速、低速等部分负荷状态，真正的全负荷工况比较少。低负荷运行的发动机并不需要大量的燃油，而燃油泵始终全负荷大流量提供燃油，一方面造成燃油泵无端消耗能量，另一方面极大地影响着燃油泵的使用寿命，同时泵芯的全负荷运转还容易产生噪音抱怨。这样，按需供油的燃油泵就应运而生了，目前有几种实现按需供油的方式，一种是采用微处理器采集燃油压力传感器和车辆ECU（Engine con-trol Unit，发动机控制单元）信号，随时改变燃油泵的抽油量，使压力保持稳定；一种是采用控制模块采集燃油喷射器的指令，按照所需的供油量实时调节燃油泵供油量；还有一种是燃油泵控制器根据发动机控制器指令进行多挡位控制燃油供油量。总的来说，按需供油的燃油泵都具备自己的控制器，能够按照发动机实时需要的燃油量进行供油，有效地实现节能降噪和提升燃油泵使用寿命。虽然按需供油燃油泵可以降低噪音，但是仍然不能避免噪音，前文叙述的业内对燃油泵噪音的研究仍然可以借鉴，同时在某些情况下可以针对燃油泵控制器控制参数进行优化，以实现更便捷更经济的改进。下文就是一个研究案例。品牌车辆上都存在，特别是怠速工况下，因为此时发动机转速低，发动机背景噪音小，会凸显燃油泵的噪音问题，引起消费者抱怨。本文研究的就是某汽车按需供油电动燃油泵的噪音问题，通过分析燃油泵工作原理和流体架构，为按需供油燃油泵提供一种更便捷经济的解决噪音问题的方法。2 文献回顾首先回顾业内对燃油泵噪音的研究成果。2017年，王新超和李万龙等针对燃油泵工作时的尖锐噪声，通过调整泵芯叶轮结构，将叶片调整为不等距叶片，使得油液对叶片的扰动不再具有周期性，避免了节奏性压力脉动；同时增加了压力平衡孔，以减小叶轮两侧的压力差，使得叶轮受力平衡，不再挤压一侧油液形成压力脉动；研究同时指出，增大叶轮与出油板间隙的方案也可以降低噪音，因为这样可以降低泵芯进油板和出油板压力差，但这个方案对流量储备系数比较小的油泵有一定风险，可能导致流量达不到设计要求1。2019年，张新民和常瑞征采用流体力学数值模拟和理论分析方法，分析燃油泵结构噪声特性，对燃油泵总成调压阀附近的内流道液体模态与腔体结构的模态分析，发现产生异响的原因是共振，通过改变模态避开共振区域，解决了噪音问题2。2020年，马国冰和穆国宝等总结了控制泵芯运动件配合精度的方案，给出了转子动平衡、叶轮平面度，轴孔同轴度等参数精度建议值；同时给出了降低油泵引射泵噪音的节流降速方案，即在引射口增加滤网或者增加出油口3。以上对燃油泵噪音的研究和改善方案都是针对燃油泵某一个零部件进行的，如叶轮、引射泵、内腔等，没有从按需供油型燃油泵控制系统方面进行优化来改善噪音的方案，这正是本文的研究内容。无论是哪种方式进行噪音改善都需要基于燃油泵的工作原理来进行，所以首先介绍燃油泵的工作原理。3 汽车燃油系统燃油泵概述目前汽车燃油泵多采用电动燃油泵，它装配在燃油箱内，当发动机点火开关接通时燃油泵开始工作，从燃油箱里泵出一定压力的燃油，通过燃油管路输送给发动机，如图1所示：图1 燃油系统示意图3.1 电动燃油泵总成结构及工作原理通常所说的燃油泵其实是燃油泵供油组件，是一个集成件，包含了多个部件，其中主要由燃油泵泵芯、滤清器、燃油压力调节器、引射泵、燃油表传感单元组成，如图2所示。产生噪音的通常是运动部件，如燃油泵泵芯；或者是油液压力有突变的地方，如压力调节器和引射泵。下面分别介绍这几个零部件的工作原理。图2 燃油泵总成结构示意图3.2 电动燃油泵泵芯工作原理电动燃油泵泵芯主要由直流电动机、叶轮、单向阀和和泄压阀组成，如图3所示。它的基本工作原理是直流电动机通电后带动泵壳体内的转子进行高速旋转，当转子旋转的时候通过转子轴带动叶轮一起同向旋转，叶轮高速旋转过程中在储油桶进油口处（见图2所示）造成真空低压，进而将经过过滤处理的燃油从泵盖的叶轮进油入口吸入，吸入的燃油经燃油泵叶轮加压后进入泵壳内部再通过出油口压出，为燃油系统提供具备一定压力的燃油。基于按需供油功能的某燃油泵噪音研究与应用汽车科技 /AUTO SCI-TECH2023年第5期6061图3 燃油泵泵芯结构示意图3.3 调压阀工作原理当燃油管路内的油压过低时会导致喷油器喷油太弱或不喷油，而油压太高则使油路损毁或喷油器损坏。调压阀的功能就是把泵芯提供的压力燃油按照系统设计的要求调节到规定的压力位、保持油路内的压力恒定。调压阀由壳体，阀门，弹簧组成，如图4所示。当实际油压高过燃油系统阈值时，高压燃油顶动阀门，克服弹簧压力，阀门打开泄压；当实际油压低于燃油系统阈值时，弹簧弹力将阀门关闭，压力得以保持并持续增压直至压力达到系统阀值。图4 压力调节器工作原理示意图3.4 引射泵工作原理射流泵其实是一段变径结构，它利用电动燃油泵泵芯的一部分泵油燃油流量或者回油流量作为引子，根据伯努利原理，把燃油箱中储油桶进油口附近的燃油引射到储油桶内，如图5所示。具体来说，就是油液从P1入口进入引射泵后，当流经PVC（VC，vena contracta，缩流断面点）位置时，由于此处管道截面积突然减小，油液速度变大快速通过管道形成射流，而PVC位置的压力降低形成负压区，将油箱底部燃油吸入储油桶中，保持储油桶内液位，如图5所示。图5 引射泵工作原理示意图4 按需供油燃油泵介绍早期开发的燃油泵不能按照发动机的需求来供油，因为燃油泵没有控制器单元，只由继电器进行控制，因而燃油泵只有两种工作状态，即停止和全速运转。停止状态时，燃油泵不工作，不抽取燃油；全速状态时燃油泵全负荷运行，以最大燃油量进行燃油供给。由于发动机的工况复杂多样，相当多的时间处于怠速、低速等部分负荷状态，真正的全负荷工况比较少。低负荷运行的发动机并不需要大量的燃油，而燃油泵始终全负荷大流量提供燃油，一方面造成燃油泵无端消耗能量，另一方面极大地影响着燃油泵的使用寿命，同时泵芯的全负荷运转还容易产生噪音抱怨。这样，按需供油的燃油泵就应运而生了，目前有几种实现按需供油的方式，一种是采用微处理器采集燃油压力传感器和车辆ECU（Engine con-trol Unit，发动机控制单元）信号，随时改变燃油泵的抽油量，使压力保持稳定；一种是采用控制模块采集燃油喷射器的指令，按照所需的供油量实时调节燃油泵供油量；还有一种是燃油泵控制器根据发动机控制器指令进行多挡位控制燃油供油量。总的来说，按需供油的燃油泵都具备自己的控制器，能够按照发动机实时需要的燃油量进行供油，有效地实现节能降噪和提升燃油泵使用寿命。虽然按需供油燃油泵可以降低噪音，但是仍然不能避免噪音，前文叙述的业内对燃油泵噪音的研究仍然可以借鉴，同时在某些情况下可以针对燃油泵控制器控制参数进行优化，以实现更便捷更经济的改进。下文就是一个研究案例。品牌车辆上都存在，特别是怠速工况下，因为此时发动机转速低，发动机背景噪音小，会凸显燃油泵的噪音问题，引起消费者抱怨。本文研究的就是某汽车按需供油电动燃油泵的噪音问题，通过分析燃油泵工作原理和流体架构，为按需供油燃油泵提供一种更便捷经济的解决噪音问题的方法。2 文献回顾首先回顾业内对燃油泵噪音的研究成果。2017年，王新超和李万龙等针对燃油泵工作时的尖锐噪声，通过调整泵芯叶轮结构，将叶片调整为不等距叶片，使得油液对叶片的扰动不再具有周期性，避免了节奏性压力脉动；同时增加了压力平衡孔，以减小叶轮两侧的压力差，使得叶轮受力平衡，不再挤压一侧油液形成压力脉动；研究同时指出，增大叶轮与出油板间隙的方案也可以降低噪音，因为这样可以降低泵芯进油板和出油板压力差，但这个方案对流量储备系数比较小的油泵有一定风险，可能导致流量达不到设计要求1。2019年，张新民和常瑞征采用流体力学数值模拟和理论分析方法，分析燃油泵结构噪声特性，对燃油泵总成调压阀附近的内流道液体模态与腔体结构的模态分析，发现产生异响的原因是共振，通过改变模态避开共振区域，解决了噪音问题2。2020年，马国冰和穆国宝等总结了控制泵芯运动件配合精度的方案，给出了转子动平衡、叶轮平面度，轴孔同轴度等参数精度建议值；同时给出了降低油泵引射泵噪音的节流降速方案，即在引射口增加滤网或者增加出油口3。以上对燃油泵噪音的研究和改善方案都是针对燃油泵某一个零部件进行的，如叶轮、引射泵、内腔等，没有从按需供油型燃油泵控制系统方面进行优化来改善噪音的方案，这正是本文的研究内容。无论是哪种方式进行噪音改善都需要基于燃油泵的工作原理来进行，所以首先介绍燃油泵的工作原理。3 汽车燃油系统燃油泵概述目前汽车燃油泵多采用电动燃油泵，它装配在燃油箱内，当发动机点火开关接通时燃油泵开始工作，从燃油箱里泵出一定压力的燃油，通过燃油管路输送给发动机，如图1所示：图1 燃油系统示意图3.1 电动燃油泵总成结构及工作原理通常所说的燃油泵其实是燃油泵供油组件，是一个集成件，包含了多个部件，其中主要由燃油泵泵芯、滤清器、燃油压力调节器、引射泵、燃油表传感单元组成，如图2所示。产生噪音的通常是运动部件，如燃油泵泵芯；或者是油液压力有突变的地方，如压力调节器和引射泵。下面分别介绍这几个零部件的工作原理。图2 燃油泵总成结构示意图3.2 电动燃油泵泵芯工作原理电动燃油泵泵芯主要由直流电动机、叶轮、单向阀和和泄压阀组成，如图3所示。它的基本工作原理是直流电动机通电后带动泵壳体内的转子进行高速旋转，当转子旋转的时候通过转子轴带动叶轮一起同向旋转，叶轮高速旋转过程中在储油桶进油口处（见图2所示）造成真空低压，进而将经过过滤处理的燃油从泵盖的叶轮进油入口吸入，吸入的燃油经燃油泵叶轮加压后进入泵壳内部再通过出油口压出，为燃油系统提供具备一定压力的燃油。基于按需供油功能的某燃油泵噪音研究与应用汽车科技 /AUTO SCI-TECH2023年第5期6263为四川大学的龚禹等人研究表明当阀门相对开度为百分之二十的时候，在流道内会产生涡流，随着阀门相对开度的增大，阀门的流场将趋于一定的稳定状态。阀门的相对开度主要取决于两个因素，一个是阀门弹簧的弹性系数，一个是通过阀门的相对流量。下面来探索阀门相对开度和阀门弹簧的弹性系数及阀门的相对流量之间的关系。力学弹性理论的基本定律胡克定律为，F=-Kx式中，F-弹簧的弹力；x-弹簧的伸长量；k-物质的弹性系数，只由材料的性质决定，与其他因素无关。由胡克定律可知，同样的作用力下，弹性系数越小则弹簧的伸长量变化越大。弹簧的伸长量变化越大，则阀门的开度变化越大。调压阀的相对流量和相对开度遵循一定的关系，可表示为：QQmax=f（LLmax）式中，QQmax-流量；LLmax-相对开度。由公式可以看出，相对开度与相对流量成正比。相对流量更大，则相对开度更大。综上可知，调节阀门开度可以采用的方法有将调压阀内部弹簧弹性系数降低，使弹簧更容易被压缩，阀门开度增大；或将流经调压阀的燃油流量增大，让阀门开度更大。对于非按需供油的燃油泵，这些方式都需要对硬件进行设计变更，如更换更大功率的泵芯、采用更小缩流截面的引射泵、弹簧变软等，这些硬件的变更一方面需要一定的成本，另一方面也需要时间去验证可靠性。对于按需供油的燃油泵可以有更便捷更经济的方法，即通过调整控制软件，提高泵芯转速来增大燃油泵的流量。具体来说，因为该燃油泵的转速是由发动机控制单元ECU输入的PWM信号控制的，PWM值越大对应的燃油泵转速越高，所以，可以适当提高控制燃油泵转速的PWM信号来提升燃油泵转速。因为流体脉动压力问题非常复杂，靠分析计算和CAE工具来指导这个问题的改进都是很困难的，具体燃油泵转速应该调高至多少，目前还是依赖于需要物理试验验证。5.6 物理试验验证首先对一个燃油泵进行试验。给燃油泵提供12V外接电源，用外接PWM发生器给燃油泵输入12%的怠速PWM信号，此时有振动噪音；逐步增大PWM信号，当PWM增加到18%时，对应的泵芯转速为4520r/m，振动噪音消失。将PWM信号再降低为12%，泵芯转速下降到4300r/m,振动噪音复现。增加样本量，对其他10个燃油泵进行同样的试验，发现PWM从12%增大到18%时，所有的燃油泵噪音问题都消失了，再回到12%，噪音又复现。由此可见，提升怠速时PWM信号到18%的确可以解决这个噪音问题。那么，通过提高PWM信号增大燃油泵转速后调压阀的压力会产生怎样的变化呢？测试发现，燃油泵处压力范围在517到528kpa，总成法兰出油口处压力范围在509到510kpa，引射泵处压力在520到521kpa。将PWM从12%调整到18%前后的压力脉动图整合在一起对比，可见，压力脉动减小程度十分显著，如图8所示：图8 PWM调整前后压力脉动对比图同时，为避免泵芯转速增大后带来负面影响，如运转噪音增大等等，需要对改进后的燃油泵进行有针对性的验证，如基本的性能试验，冷启动，首次启动，泵体运转噪声等等，试验结果表明，改进后的燃油泵性能与改进前相比在同一水平。证明该优化方案有效且无负面影响。综上所述，最终方案为修正燃油泵的PWM-转速曲线，如图9所示，将怠速时泵芯转速由4300r/m提高到4520r/m。此修改实施起来非常便捷，节省了大量时间，并且没有成本增加。5 某按需供油燃油泵噪音问题5.1 问题描述在某汽车发动机怠速时，发动机转速约700转/分钟，燃油泵发出“咕嘟嘟”的低频噪音。冷启动时，发动机转速1200转/分钟，该噪音可以被发动机声音覆盖。5.2 燃油泵流体架构解决燃油泵噪音问题，需要基于燃油泵流体架构具体分析。该燃油泵是按需供油的，具体流体架构如图6所示，燃油泵法兰上集成了控制器8，燃油泵控制器8与车辆ECU9实时通讯，根据ECU9的指令调整泵芯转速，提供发动机所需要的燃油量，实现按需供油。具体来说，燃油泵的转速是由发动机控制单元ECU输入的脉宽调制PWM（Pulse-width Modulation）信号控制的，PWM值越大对应的燃油泵转速越高。怠速时，PWM为12%，对应泵芯转速为4300r/m；车辆起步后，泵芯转速随PWM增大而增加。由于外部周边环境件影响，该燃油箱需要设计成马鞍形，所以燃油泵泵需要两路引射泵，分别吸取两个燃油箱腔体的燃油；燃油滤清器集成在燃油泵内部。工作时，燃油泵泵芯1高速运转，泵出的高压燃油先兵分两路，一路经过滤清器2后通往两个引射泵3、4，另一路先通向单向阀5，然后再分为两路，一路通往发动机6，还有一路经过调压阀7进行泄压，使燃油泵输出压力保持在系统所需的压力范围。图6 燃油泵流体架构图5.3 噪音位置确认该噪音音质比较低沉，明显区别于燃油泵电机、漩涡叶片产生的高分贝尖锐声音。所以，怀疑重点放在引射泵和燃油压力调节阀。将燃油泵放置于试验台架上，按照怠速工况参数运行燃油泵，用探针式听诊器分别测试引射泵和调压阀处振动情况。发现调压阀振动异常明显，引射泵工作正常。大概率可以锁定噪音来源于调压阀。5.4 原因分析调压阀的噪音来源一般有两种。一种是压力不均匀即压力脉动引起的噪声，当燃油压力在某个区间波动时，调压阀阀门由于受力不平衡而时开时关，产生振动。在弹性元件弹簧和运动质量阀门的共同作用下，构成了产生振荡的条件，而进油腔又起了一个共振腔的作用，所以阀门发生振动后，引起整个调压阀的共振而发出噪声。解决这一问题的办法是使压力均匀，减小压力脉动，后面会详细叙述。还有一种是机械噪音，即阀门和弹簧运动时的机械噪音，如摩擦、碰撞等，一般是由于装配或零件本身质量原因导致。具体到该燃油泵噪音问题上，首先进行ABA故障零件互换试验，发现噪音不跟随某个燃油泵转移，可以排除机械噪音的影响，初步判断是压力不均匀导致的噪声。因为调压阀的压力不方便直接测试得到，为了确认调压阀压力脉动情况，可以通过分别测试燃油泵泵芯出口压力、总成法兰出油口压力、引射泵压力，来间接反映调压阀压力脉动情况。测试得到压力脉动如图7所示，泵芯压力波动范围从516kpa到538kpa，法兰出口压力波动范围从505kpa到514kpa，引射泵压力波动范围从518kpa到533kpa，波动明显。图7 压力脉动图5.5 解决方案对于调压阀压力不均产生的噪音，解决思路是通过某种方式让调压阀内部阀门（见图4）快速达到比较大的开度，以降低压力脉动的影响。因基于按需供油功能的某燃油泵噪音研究与应用汽车科技 /AUTO SCI-TECH2023年第5期6263为四川大学的龚禹等人研究表明当阀门相对开度为百分之二十的时候，在流道内会产生涡流，随着阀门相对开度的增大，阀门的流场将趋于一定的稳定状态。阀门的相对开度主要取决于两个因素，一个是阀门弹簧的弹性系数，一个是通过阀门的相对流量。下面来探索阀门相对开度和阀门弹簧的弹性系数及阀门的相对流量之间的关系。力学弹性理论的基本定律胡克定律为，F=-Kx式中，F-弹簧的弹力；x-弹簧的伸长量；k-物质的弹性系数，只由材料的性质决定，与其他因素无关。由胡克定律可知，同样的作用力下，弹性系数越小则弹簧的伸长量变化越大。弹簧的伸长量变化越大，则阀门的开度变化越大。调压阀的相对流量和相对开度遵循一定的关系，可表示为：QQmax=f（LLmax）式中，QQmax-流量；LLmax-相对开度。由公式可以看出，相对开度与相对流量成正比。相对流量更大，则相对开度更大。综上可知，调节阀门开度可以采用的方法有将调压阀内部弹簧弹性系数降低，使弹簧更容易被压缩，阀门开度增大；或将流经调压阀的燃油流量增大，让阀门开度更大。对于非按需供油的燃油泵，这些方式都需要对硬件进行设计变更，如更换更大功率的泵芯、采用更小缩流截面的引射泵、弹簧变软等，这些硬件的变更一方面需要一定的成本，另一方面也需要时间去验证可靠性。对于按需供油的燃油泵可以有更便捷更经济的方法，即通过调整控制软件，提高泵芯转速来增大燃油泵的流量。具体来说，因为该燃油泵的转速是由发动机控制单元ECU输入的PWM信号控制的，PWM值越大对应的燃油泵转速越高，所以，可以适当提高控制燃油泵转速的PWM信号来提升燃油泵转速。因为流体脉动压力问题非常复杂，靠分析计算和CAE工具来指导这个问题的改进都是很困难的，具体燃油泵转速应该调高至多少，目前还是依赖于需要物理试验验证。5.6 物理试验验证首先对一个燃油泵进行试验。给燃油泵提供12V外接电源，用外接PWM发生器给燃油泵输入12%的怠速PWM信号，此时有振动噪音；逐步增大PWM信号，当PWM增加到18%时，对应的泵芯转速为4520r/m，振动噪音消失。将PWM信号再降低为12%，泵芯转速下降到4300r/m,振动噪音复现。增加样本量，对其他10个燃油泵进行同样的试验，发现PWM从12%增大到18%时，所有的燃油泵噪音问题都消失了，再回到12%，噪音又复现。由此可见，提升怠速时PWM信号到18%的确可以解决这个噪音问题。那么，通过提高PWM信号增大燃油泵转速后调压阀的压力会产生怎样的变化呢？测试发现，燃油泵处压力范围在517到528kpa，总成法兰出油口处压力范围在509到510kpa，引射泵处压力在520到521kpa。将PWM从12%调整到18%前后的压力脉动图整合在一起对比，可见，压力脉动减小程度十分显著，如图8所示：图8 PWM调整前后压力脉动对比图同时，为避免泵芯转速增大后带来负面影响，如运转噪音增大等等，需要对改进后的燃油泵进行有针对性的验证，如基本的性能试验，冷启动，首次启动，泵体运转噪声等等，试验结果表明，改进后的燃油泵性能与改进前相比在同一水平。证明该优化方案有效且无负面影响。综上所述，最终方案为修正燃油泵的PWM-转速曲线，如图9所示，将怠速时泵芯转速由4300r/m提高到4520r/m。此修改实施起来非常便捷，节省了大量时间，并且没有成本增加。5 某按需供油燃油泵噪音问题5.1 问题描述在某汽车发动机怠速时，发动机转速约700转/分钟，燃油泵发出“咕嘟嘟”的低频噪音。冷启动时，发动机转速1200转/分钟，该噪音可以被发动机声音覆盖。5.2 燃油泵流体架构解决燃油泵噪音问题，需要基于燃油泵流体架构具体分析。该燃油泵是按需供油的，具体流体架构如图6所示，燃油泵法兰上集成了控制器8，燃油泵控制器8与车辆ECU9实时通讯，根据ECU9的指令调整泵芯转速，提供发动机所需要的燃油量，实现按需供油。具体来说，燃油泵的转速是由发动机控制单元ECU输入的脉宽调制PWM（Pulse-width Modulation）信号控制的，PWM值越大对应的燃油泵转速越高。怠速时，PWM为12%，对应泵芯转速为4300r/m；车辆起步后，泵芯转速随PWM增大而增加。由于外部周边环境件影响，该燃油箱需要设计成马鞍形，所以燃油泵泵需要两路引射泵，分别吸取两个燃油箱腔体的燃油；燃油滤清器集成在燃油泵内部。工作时，燃油泵泵芯1高速运转，泵出的高压燃油先兵分两路，一路经过滤清器2后通往两个引射泵3、4，另一路先通向单向阀5，然后再分为两路，一路通往发动机6，还有一路经过调压阀7进行泄压，使燃油泵输出压力保持在系统所需的压力范围。图6 燃油泵流体架构图5.3 噪音位置确认该噪音音质比较低沉，明显区别于燃油泵电机、漩涡叶片产生的高分贝尖锐声音。所以，怀疑重点放在引射泵和燃油压力调节阀。将燃油泵放置于试验台架上，按照怠速工况参数运行燃油泵，用探针式听诊器分别测试引射泵和调压阀处振动情况。发现调压阀振动异常明显，引射泵工作正常。大概率可以锁定噪音来源于调压阀。5.4 原因分析调压阀的噪音来源一般有两种。一种是压力不均匀即压力脉动引起的噪声，当燃油压力在某个区间波动时，调压阀阀门由于受力不平衡而时开时关，产生振动。在弹性元件弹簧和运动质量阀门的共同作用下，构成了产生振荡的条件，而进油腔又起了一个共振腔的作用，所以阀门发生振动后，引起整个调压阀的共振而发出噪声。解决这一问题的办法是使压力均匀，减小压力脉动，后面会详细叙述。还有一种是机械噪音，即阀门和弹簧运动时的机械噪音，如摩擦、碰撞等，一般是由于装配或零件本身质量原因导致。具体到该燃油泵噪音问题上，首先进行ABA故障零件互换试验，发现噪音不跟随某个燃油泵转移，可以排除机械噪音的影响，初步判断是压力不均匀导致的噪声。因为调压阀的压力不方便直接测试得到，为了确认调压阀压力脉动情况，可以通过分别测试燃油泵泵芯出口压力、总成法兰出油口压力、引射泵压力，来间接反映调压阀压力脉动情况。测试得到压力脉动如图7所示，泵芯压力波动范围从516kpa到538kpa，法兰出口压力波动范围从505kpa到514kpa，引射泵压力波动范围从518kpa到533kpa，波动明显。图7 压力脉动图5.5 解决方案对于调压阀压力不均产生的噪音，解决思路是通过某种方式让调压阀内部阀门（见图4）快速达到比较大的开度，以降低压力脉动的影响。因基于按需供油功能的某燃油泵噪音研究与应用汽车科技 /AUTO SCI-TECH2023年第5期6465许金海毕业于陕西理工学院，学士学位，现就职于东风商用车有限公司，车辆工厂，任工程师，研究方向：商用车装配调整工艺。曾发表论文稿 6 篇，其中 2 篇论文荣获东风公司优秀论文三等奖。doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2023.05.011 收稿日期：2023-07-20商用车三漏问题的研究许金海，石建科，龚飞，沈鹏亮，胡凯（东风商用车有限公司车辆工厂，十堰 442000）摘 要：漏气、渗油、渗水问题在商用车行业是一种顽疾。本文通过对商用车制动钢管接头渗漏气、转向机接头渗漏油以及缓速器钢管与胶管连接渗漏水的问题进行了研究与分析，提出了在商用车制动钢管接头处采用软质金属特制密封圈密封、转向机螺纹孔内增加密封圈以及缓速器钢管和胶管接头结构优化等系列改进方案。试验结果表明，本研究系列方案有效地解决了制动钢管接头渗漏气、转向机接头渗油以及缓速器钢管与胶管连接的渗水问题。关键词：管接头；渗漏气；渗漏油；渗漏水中图分类号：U472 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2023）05-0065-05Research on Three Kinds of Leakage Problems in Commercial VehiclesXU Jin-hai,SHI Jian-ke,GONG Fei,SHEN Peng-liang,HU Kai(Dong Feng Commercial Vehicle Vehicle Plant,Shiyan 442000,China)Abstract:The problem of air,oil,and water leakage is a persistent problem in the commercial vehicle.In this paper,the problems of air leakage in the brake steel pipe joints,oil leakage in the steering joints,and water leakage in the connection between the retarder steel pipe and the rubber pipe have been analyzed,and a series of improvement plans are proposed,such as using soft metal special sealing rings at the brake steel pipe joints,adding sealing rings in the threaded holes of steering,and optimizing the structure of the retarder steel pipe and rubber pipe joints.The experimental results indicate that the series of solutions in this paper effectively solved the problems of air leakage in brake steel pipe joints,oil leakage in steering joints,water leakage in the connection between the steel pipe and the rubber pipe of the retarder.Key Words:Pipe Joints;Air Leakage;Oil Leakage;Water Leakage1 研究背景在商用车行业中，三漏问题历年来都在改善，但是始终未能彻底消除。商用车的制动气体输送管路主要是钢管和尼龙管。随着快插接头被广泛应用，尼龙管渗漏气问题从技术上得到了革新，在采用优质的快插接头情况下，尼龙管渗漏气问题已经彻底解决。而从气泵至干燥器这一段温度较高管路，一般采用钢管或其他耐高温、易散热材质的管子进行连接，而钢管与钢管连接的图9 PWM-转速曲线6 结论对于燃油泵噪音问题，一般都从零部件层面进行解决，如电动燃油泵叶轮采用不等距叶片，控制泵芯运动件的配合精度，引射泵节流降速，改变管路模态等等，本文通过对某按需供油燃油泵工作原理和流体架构分析，提出更经济更便捷的优化方案，即通过改变燃油泵某些控制参数的方式，提升燃油泵转速，降低流体压力脉动，解决了振动噪音的问题，为后续产品设计及噪音问题解决提供了新的分析方向。需要说明的是，通过提高泵芯转速来解决流体压力脉动噪音问题的方案，可能会带来泵芯运转噪声的增大及能耗的增加，为保险起见，建议对泵芯进行噪音振动试验和能耗试验来验证是否可以接受。参考文献：1王新超，李万龙等，汽车燃油泵工作噪声研究，汽车零部件，2018.05.2张新明，常瑞征，汽车燃油泵机构噪声研究，汽车科技，2019.05.3马国冰，穆国宝等，汽车燃油泵噪音优化方案研究，汽车实用技术，2020.04.4张露，武鹏等，燃油系统漩涡泵压力脉动的控制研究，工程设计学报，2017.08.5陈家瑞，汽车构造，北京:机械工业出版社，2000.10 6余志生，汽车理论M，北京:机械工业出版社，20077王望予，汽车设计M，北京:机械工业出版社，20068张悦，河北工程大学，2019.5.9龚禹，桂林球阀阻力系数的数值模拟及流场分析J水利电力科技，2010，36(3).基于按需供油功能的某燃油泵噪音研究与应用专家推荐语此论文阐述了针对按需供油功能燃油泵噪音的产生机理和通过调整控制参数解决噪声问题的方法。在控制器的标定过程中，不仅要调整其参数使控制器的主要功能得以实现满足被控制对象的工作要求，对被控对象NVH 性能的控制也是现在大