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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源：安徽江淮汽車股份有限公司技術中心		點擊數(shù)：	更新時間： 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 技術中心）
[ 摘要] 針對某轎車怠速工況噪聲峰值問題，基于輸油泵零部件噪聲臺架測試，確認輸油泵噪聲偏高。通
過改變回油管路中引射閥結構、增大節(jié)流閥內(nèi)徑，改進了輸油泵回油結構，并在儲油桶底部增加了彈性底
座以優(yōu)化振動傳遞路徑，最終使輸油泵噪聲降至設計要求以內(nèi)。
[ 關鍵詞] 輸油泵；噪聲；改進；優(yōu)化
[ 中圖分類號] U464.136 [ 文獻標識碼] B [ 文章編號] 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，車內(nèi)噪聲和振動大大降低。
隨著主要噪聲振動源的性能改善，原來諸多次
要噪聲振動源突出出來，因此，降低系統(tǒng)和零
部件的噪聲振動變得越來越重要[1-3]。
為安全防護起見，燃油箱往往安裝在汽車底
盤中后端，非?？拷团摗Ｑb在燃油箱內(nèi)的輸油
泵工作時產(chǎn)生的振動和噪聲傳遞到油箱壁，后者
受激振動而輻射出噪聲，對整車的測評及舒適性
產(chǎn)生重要的影響。
1 輸油泵結構概述
見圖1，輸油泵主要由泵芯（永磁電動機、渦
輪泵、止回閥以及安全閥等組成[4-5]）、儲油桶、
調(diào)壓閥、出油管、回油管、引射閥等組成。輸油泵
通電后，泵芯將儲油桶內(nèi)燃油以一定的壓力和流
量通過輸油支路提供給發(fā)動機燃燒，未進入發(fā)動
機燃燒的多余燃油通過回油支路沖擊調(diào)壓閥，調(diào)
壓閥打開后，燃油通過回油管流經(jīng)引射閥，最終進
入儲油桶，并通過引射閥將更多的燃油帶入儲油桶。
2 輸油泵零部件噪聲測試及評價方法
2.1 輸油泵零部件噪聲測試方法（見圖2）
2.1.1 試驗儀器
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、麥克風、加速度傳感器、支架、
直流穩(wěn)壓電源等。
2.1.2 試驗條件
（1） 試驗在半消聲室內(nèi)進行， 背景噪聲
≤ 30 dB(A)，直流穩(wěn)壓電源及其他對油泵噪聲測
試產(chǎn)生干擾的設備應放置在消聲室外。
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）試驗用測試液替代汽油（也可用其它品
質(zhì)相近的油液替代）。
（3）試驗輸入電壓為整車工作電壓13.5 V。
（4）保證測試時工作油壓與整車工作油壓相同。
2.1.3 試驗布置
測試臺架布置應符合圖2 規(guī)定，燃油箱通過
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，麥克風位于輸油泵正上方300mm 處。
2.1.4 試驗步驟
（1）根據(jù)測試需求，在數(shù)據(jù)采集軟件中設置
采集參數(shù)，一般按表1 進行。
（2）在燃油箱中加入測試液至1/2 燃油箱額
定容積；
（3）打開直流穩(wěn)壓電源開關，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）后激活測試軟件，采集10 s 的振動
噪聲信號。確保得到3 組有效數(shù)據(jù)，關閉直流穩(wěn)
壓電源；
（5）進行數(shù)據(jù)處理，得到振動、噪聲頻譜圖
以及噪聲總聲壓級（OA）。
2.2 輸油泵零部件噪聲水平評價方法
（1）噪聲總聲壓級（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 案例來源
某轎車開發(fā)過程中，整車怠速工況下車內(nèi)噪
聲測試結果（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)動機轉(zhuǎn)速無關，因此推測為
輸油泵噪聲貢獻量。
3.2 案例數(shù)據(jù)測試
通過輸油泵零部件噪聲臺架試驗測試，輸油
泵單體噪聲總聲壓級（OA）在55dB(A) 左右，不
滿足輸油泵噪聲評價標準；且噪聲峰值和振動峰
值與圖4 所標記的車內(nèi)噪聲峰值所在頻率基本一
致（輸油泵噪聲頻譜和振動頻譜如圖5 和圖6）。
因此，確認噪聲源為輸油泵。
4 輸油泵噪聲優(yōu)化方案
4.1 輸油泵噪聲分析
輸油泵噪聲的來源主要分為兩種，泵芯運轉(zhuǎn)
噪聲和高壓燃油沖擊噪聲[6]。其中泵芯運轉(zhuǎn)噪聲
表1 測試參數(shù)設置
Tab.1 Test parameter settings
項目參數(shù)備注
跟蹤模式Time
采樣時間/s 10
可根據(jù)測試需
求調(diào)整
時間間隔/s 0.1
分析頻率/Hz
振動1 024
噪聲10 240
分辨率/Hz 1 Hz
窗函數(shù)Hanning
平均模式None
計算自功率譜格式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試臺架布置
Fig.2 Noise test bench arrangement of fuel pump
麥克風
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)噪聲測試結果
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)生的機理主要有3 種：燃油流量與壓力的波動
變化；油泵吸油腔內(nèi)的氣泡破裂；油泵零件引起
的振動[7]。根據(jù)圖5 和圖6 可看出，噪聲頻譜超
出目標曲線的頻率約為80 Hz、160 Hz、320 Hz、
400 Hz、480 Hz、560 Hz 和640 Hz，而在以上幾
個頻率段處，振動頻譜也相應出現(xiàn)峰值。因此，
可確認輸油泵噪聲超出設計目標的主要原因是零
部件引起的振動。
4.2 優(yōu)化方案
聲源控制、傳播途徑控制和保護接收者是噪
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，也是近年來最受重視的問
題，研究各種聲源的發(fā)生機理、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：一是改進設備結構，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能量的傳遞或減小振動[8-9]。
由于輸油泵振動主要是回油沖擊引起的振動
和泵芯運轉(zhuǎn)的機械振動，因此制定以下優(yōu)化方案：
（1）改變回油管中的引射閥結構，且節(jié)流閥
口徑由Φ2 mm 增加到Φ3 mm，以降低回油沖擊
引起的振動及沖擊噪聲。
優(yōu)化前的引射閥結構如圖7，回油管及節(jié)流閥
布置在儲油桶外部，傘形閥布置在儲油桶內(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入儲油桶，需要較高的燃油
壓力及流速，因此節(jié)流閥口徑較?。é? mm），
才能滿足要求。節(jié)流閥及傘形閥的阻礙，使得在
回油過程產(chǎn)生振動及沖擊噪聲。此外，由于此輸
油泵所配發(fā)動機為渦輪增壓發(fā)動機，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)動機燃油需求量較小，輸油泵回油量很大,
回油沖擊引起的振動和噪聲更明顯。因此，針對
傘形閥和節(jié)流閥進行引射閥結構優(yōu)化。
優(yōu)化后的引射閥結構如圖8 所示，更改儲油
桶和引射閥結構，將引射閥結構布置在儲油桶內(nèi)
部，其中傘形閥布置在儲油桶底部，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，然后直接回到儲油桶，并通過引流作用
帶走腔體里的燃油，此時腔體內(nèi)壓力變小，儲油
桶外部燃油頂開傘形閥進入儲油桶內(nèi)，達到補充
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。相比原來的回油
結構，此結構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
設計結構，根據(jù)現(xiàn)有技術已很難優(yōu)化自身的機械
振動。因此，在儲油桶底部增加一個彈性底座，
圖8 優(yōu)化后輸油泵引射閥結構
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構
Fig.7 Fuel pump ejector valve structure before optimization
儲油桶
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及噪聲傳遞。
見圖9、圖10。
5 優(yōu)化方案測試結果
采用上述優(yōu)化方案的樣件，按照輸油泵零
部件噪聲測試方法進行檢測，檢測結果如表2 所
示，噪聲總聲壓級（OA）較優(yōu)化前結構減小了約
7 dB(A)，降至48.5 dB(A)，振動加速度得到明顯降
低（如圖11），噪聲頻譜線也位于目標頻譜折線
以下（如圖12），滿足輸油泵噪聲評價標準。
7 結論
本文針對某轎車怠速工況輸油泵對室內(nèi)噪聲
貢獻量較大的問題，進行測試數(shù)據(jù)及結構分析，
并提出改進回油結構和增加彈性底座以優(yōu)化振動
傳遞路徑的方案，有效降低了輸油泵的工作噪聲，
為同類輸油泵的開發(fā)提供了一定借鑒和幫助。
參考文獻
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安徽汽車工程學會2010 學術年會論文集,2011：153-157.
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徽汽車工程學會2010 學術年會論文集,2011：283-287.
[3] 龐劍，諶剛，何華. 汽車噪聲與振動——理論與應用[M]. 北京:
北京理工大學出版社，2006.
[4] 侯獻軍，杜傳進，彭輔明，等.車用電動汽油泵的理論研究與實踐[J].
武漢理工大學學報：信息與管理工程版，2005（3）：78-81.
[5] 陳家瑞，張建文. 汽車構造[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.
[6] 付嘉鵬，韓志永. 電動燃油泵噪聲研究[C]. 第九屆河南省汽
車工程技術研討會論文集,2012：184-185.
[7] 陸克久. 電動燃油泵運轉(zhuǎn)噪聲的產(chǎn)生機理及控制措施[J]. 湖北
汽車，2000（1）：30-31.
[8] 盛美萍，王敏慶，孫進才. 噪聲與振動控制技術基礎[M]. 北京：
科學出版社，2001.
[9] 趙玫，周海亭，陳光冶，等. 機械振動與噪聲學[M]. 北京：科
學出版社，2004.
作者簡介 穆海寧（1989— ） 男，底盤設計工程師。E-mail:
dp2.cyy.jszx@jac.com.cn
圖9 優(yōu)化前儲油桶結構
Fig.9 Oil bucket structure before optimization
表2 輸油泵優(yōu)化方案零部件噪聲測試結果
Tab.2 The fuel pump noise test results of optimization solution
測試電壓/V 13.5
樣件編號1# 2#
噪聲總聲壓級（OA）/dB(A) 48.28 48.57
輸油泵頂面
振動/(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)化后儲油桶及底座結構
Fig.10 The optimized structure of oil bucket and base
圖11 輸油泵優(yōu)化方案振動頻譜
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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