轿车燃油泵高频异响问题分析及优化设计方案

作者:上海通用汽车有限公司武汉分公司 马春武 文章来源:AI《汽车制造业》 发布时间:2017-03-08
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本文介绍了某经济型轿车在开发过程后期,表现出燃油泵发出高频异响的NVH问题。经过分析与排查,最终将异响源锁定在燃油泵的叶轮上。设计人员将叶轮的间隙进行优化设计,最终将异响消除。

某经济型轿车在开发过程后期进行整车NVH主观评估时,部分评估人员提出车辆发动机起动后,会听到难以忍受的异响,抱怨描述如下:

1.车辆怠速运转是,打开车门,听到从底盘附近传出像耳鸣一样的高频异响。

2.怠速时站在车辆后轮附近1 m处,可明显听到这种异响;踩下加速踏板使发动机转速升高,异响持续稳定,无变化。

3.发动机熄火后异响消失。

问题分析及确认

根据评估人员提出的现象,NVH工程师进行了初步分析。首先,车辆在怠速时发出异响,熄火后消失,因此判断异响源与部件的运动有关;第二,踩下加速踏板发现异响无变化,因此判断异响并非来自发动机;第三,车辆后轮处异响明显,且为高频异响。因而锁定异响源位于车辆后部,在排除了排气管发出异响的可能性之后,怀疑异响来自运转的燃油泵。随后,NVH工程师用举升器将怠速运行中的车辆抬离地面,以听诊器检查异响源,发现燃油箱中心安装燃油泵位置异响最明显。

为锁定异响源,使用A-B-A互换方法:选取另一台无异响的车辆标记为A车,将燃油泵拆下,标记为A燃油泵;异响车辆标记为B车,燃油泵拆下,标记为B燃油泵;互换燃油泵后装车,发现A车+B燃油泵有异响,B车+A燃油泵无异响,即异响与燃油泵相关。最后将两台车燃油泵再次拆下,并互换。A车+A燃油泵无异响,B车+B燃油泵有异响,排除装配因素,最终确定异响与燃油泵直接相关,锁定异响源为燃油泵。

燃油泵异响采集

根据经验,燃油泵的泵芯工作时,可能产生高频异响,因此使用测试设备对燃油泵异响进行搜集检测(见图1)。

在半消声试验室内,将测试仪器的麦克风放置于汽车燃油箱上方200 mm处,为燃油箱加注其容积总量50%的燃油,对燃油泵施加13.5 V电压,通电1 min后开始记录数据(见图2)。

根据测得的数据分析出,燃油泵运行时,在5 000 Hz频率时,声级会发生突变。将此频率声音提取出来单独分析,确认就是异响的来源。

理论计算

燃油泵使用的是等距叶轮,一个叶轮上有n个叶片,每个叶片间隙相等。当叶轮旋转时,即每转一圈,将有n个叶片同时切割液体。每个叶片与液体接触时会产生一次振动,每次振动的频率相似,相互叠加后会集中在某一个频率,发出一种高频异响。根据理论,此声音的频率计算方法为:

F=S/60×n

其中,F:频率;S:叶轮转速;n:叶轮叶片数。

以本车型为例,燃油泵在13.5 V电压工作时,叶轮旋转速度为6 000 r/min,叶轮叶片为47片。经过如上公式计算得:叶轮会产生一个频率为4 700 Hz的声音,此声音经过相互叠加和干扰,分布在4 000~5 200 Hz较为集中的频率段,因此形成了前文描述的异响。

解决方案

异响是由叶轮每个叶片产生相似频率的振动叠加而产生,那么如果将叶片振动频率分散,就不会产生突变的异响,因而避免异响。因此我们选用了不等距叶轮,即每个叶片的间距不一样,当叶片切割液体时,产生的振动的频率也不同(见图3)。振动再做叠加时,就会分布在一个频率更广的区域,从而避开异响点。

验证结果

采集使用不等距叶轮的燃油泵的运行噪声,与此前发出异响的燃油泵进行对比,发现等距叶轮燃油泵测得最高声级为52 dB,而不等距叶轮的最高声级为39 dB,故而异响消除。不等距叶轮并未明显减少异响的能量,而是将异响在高频区域打散,使其分布在一个更广阔频率中,从而避开了异响点,降低声音的总体声级。

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