汽车燃油泵工作噪声研究

2018-06-13王新超李万龙丁鹏宇贾艳伍李睿哲

汽车零部件 2018年5期

王新超，李万龙，丁鹏宇，贾艳伍，李睿哲

(北京汽车研究总院有限公司，北京 101300)

0 引言

某车型匹配A和B两种油泵，在NVH(Noise Vibration Harshness)评价时，评价人员反馈在搭载B油泵的油箱附近可听见尖锐噪声，搭载A油泵的油箱则无此噪声。尖锐噪声可能来源于泵芯或调压阀。为排查噪声来源，将A油泵和B油泵在台架上进行噪声测试。

1 油泵噪声产生机制及降噪措施

测试方法：油泵在12 V电压工作，工作介质为柴油，使用噪声计在油泵法兰垂直上方1 m处测量油泵工作噪声。测试结果如表1所示。

表1 油泵噪声测试结果

通过测试可以判断B油泵的尖锐噪声来源于泵芯。相关文献显示：尖锐噪声一般为泵芯流体动力噪声，主要分气蚀噪声和旋转噪声。

气蚀噪声是由于流体在部分区域运动速度加快后导致压力降低而引起流体气化形成气泡，气泡进入高压区后爆破发声。针对气蚀噪声，可以在进油板流道内设置排气孔来降噪，在低压区使燃油中空气排出，油气分离，避免气泡进入高压区后爆裂产生噪声。排气孔设计如图1所示。

图1 进油板排气孔示意图

旋转噪声是一种压力脉动噪声，产生机制有两种：一种是叶轮旋转时，相同位置处油液周期性地受到叶片挤压，引起流体压力场周期性脉动而发出声音；另一种是由于叶轮工作时进油板侧与出油板侧压力不同，导致叶轮向进油板一侧倾斜，表现为叶轮周期性挤压进油板侧油液，油压脉动而产生噪声[1]。

旋转噪声产生机制不同，降噪措施也有所不同。为减小叶片对油液扰动，可以改变叶片的形状，使其旋转时对液体形成的扰动最小，图2(b)所示叶轮叶片为标准形状，图2(a)、(c)、(d)所示叶轮则是异形叶片。叶轮旋转时叶片对油液的扰动还具有周期性，这是因为叶轮每转过一圈，某一点受到的扰动次数为叶片数，而叶片间距相等，每个叶片对该点扰动周期是相同的，会产生节奏性压力脉动，如果调整叶片间距为不等距，该振动将变得无规律，也就不会形成单一频率高强度噪声，图2中(a)、(c)和(d)所示叶片均不等距。叶轮工作时，由于进出油板两侧压力差导致叶轮向进油板侧倾斜而产生压力脉动，通过在叶轮上开设多个平衡通孔，使叶轮两侧工作面所受压力尽量平衡，但平衡孔位置所处半径必须位于叶轮与油板密封面以里，避免流量产生较大泄漏，降低燃油泵效率，图2(a)所示叶轮具有6个压力平衡孔。

图2 4种叶轮结构示意图

2 叶轮结构调整的降噪效果验证

图2为4种泵芯的叶轮结构图，其中(a)和(b)分别为拆解的A油泵和B油泵叶轮，A油泵叶轮具有多种降噪设计，B油泵则为无降噪设计。为降低B油泵的噪声，供应商提供了两种叶轮降噪方案。

方案一：叶轮结构不变，增大叶轮与出油板的配片间隙，配片间隙一般设计范围为20～40 μm，调整前间隙为20～23 μm，调整后间隙为28～30 μm。

方案二：叶轮与出油板配片间隙不变，叶轮叶片调整为不等距，并增加5个压力平衡孔，如图3所示。

图3 B油泵降噪叶轮

为验证两种降噪方案的效果，在台架上测试了B油泵两种降噪方案样件的噪声频谱，方案一为3号油泵，方案二为4号油泵，与此同时测试了原B泵已用件和A泵未用件，油泵编号见表2。

表2 油泵频谱测试油泵特征表

测试设备：LMS-SCR05频谱仪。

测试方法：油泵置于油桶5 L柴油中，柴油淹没滤网和回油管，油桶敞口，油泵在12 V电压下工作，出油管与回油管连通，油泵法兰盘周边20 cm处放置频谱仪拾音器，油泵工作稳定后频谱仪采集油泵噪声5 s，噪声频谱测试台架示意如图4所示。

图4 油泵噪声频谱测试台架布置图

背景环境：非消音室，环境噪声30 dB(A)。

4个油泵工作噪声频谱如图5所示。1号泵为有尖锐噪声的B油泵，频谱图中噪声峰值在4 477 Hz达到52 dB(A)，明显高于其他油泵噪声峰值，4 477 Hz频率处于人耳听觉敏感频带内，使用频谱软件滤波功能，消除此频率噪声后，主观感受尖锐噪声消失。

图5 油泵噪声频谱曲线

2号泵叶轮结构如图2(a)所示，叶片为异形且不等距，并有6个压力平衡孔，其噪声指标在4个油泵中最优，4 400 Hz频段的噪声强度峰值为26.6 dB(A)，明显低于3号泵峰值，主观感受无刺耳噪声。

3号泵增大了叶轮配片间隙，4 400 Hz频段噪声强度明显降低，最高值只有24.8 dB(A)。这是因为增大配片间隙，降低了进油板和出油板侧压力差，减轻了叶轮向进油板侧倾斜，但该方案使油泵在400 kPa压力下流量下降3～5 L/h[2]，对于流量储备系数较小的油泵可能达不到流量设计要求。

4号泵叶片不等距且带压力平衡孔，在4 400 Hz频率段噪声最大值为26 dB(A)，但其他频段噪声较1号泵有所提升。因为从能量守恒分析，振动并未消失，只是叶片对油液的扰动周期发生变化，噪声被分散到多个频段，声音品质得到了改善，主观感受尖锐噪声消失。同时，对比1号泵，4号泵在400 kPa压力下流量基本无变化，泵油效率没有降低。