本發(fā)明屬于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種低噪音高壓燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
怠速工況下高壓燃油系統(tǒng)噪聲對發(fā)動(dòng)機(jī)總聲壓貢獻(xiàn)最大，且極易被客戶感知，是直噴發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)頻次較高的噪聲問題。目前高壓燃油系統(tǒng)NVH設(shè)計(jì)方法為：第一步——設(shè)計(jì)燃油系統(tǒng)方案，第二步——制作樣件，第三步——試驗(yàn)測試燃油系統(tǒng)噪聲，若噪聲不達(dá)標(biāo)（多數(shù)不可能一次達(dá)標(biāo)），第四步——優(yōu)化燃油系統(tǒng)各單體零部件設(shè)計(jì)參數(shù)，第五步——試驗(yàn)測試燃油系統(tǒng)噪聲，重復(fù)第四、五步直至達(dá)到預(yù)設(shè)噪聲目標(biāo)。因無法預(yù)知優(yōu)化單個(gè)零部件后的噪聲水平，故優(yōu)化工作沒有方向性，全靠工程師個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)氣，導(dǎo)致高壓燃油系統(tǒng)噪聲問題解決試驗(yàn)輪次多、時(shí)間長、樣件費(fèi)用高，且很多時(shí)候優(yōu)化單個(gè)零部件不能達(dá)到開發(fā)目標(biāo)，需要優(yōu)化多個(gè)零部件，多個(gè)零部件之間會(huì)存在相互影響，要考慮系統(tǒng)級優(yōu)化匹配工作，目前的設(shè)計(jì)方法基本無法考慮，難以達(dá)到理想效果。即便試驗(yàn)測試可以解決，對人力、物力以及時(shí)間成本的消耗也是巨大的。
從設(shè)計(jì)理論的角度講，燃油總管內(nèi)壓力波動(dòng)減小和高壓油泵、噴油器針閥落座速度減小均有利于燃油系統(tǒng)降噪。目前的設(shè)計(jì)理念對燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)與對燃油總管壓力波動(dòng)和高壓油泵、噴油器落座速度的影響并無足夠認(rèn)識(shí)。必須經(jīng)過大量樣件試驗(yàn)，才能設(shè)計(jì)出滿足燃油系統(tǒng)噪聲要求的燃油系統(tǒng)，不能在項(xiàng)目開始就快速設(shè)計(jì)出對降低噪聲有利的燃油總管、高壓油泵等零部件，更不能從燃油系統(tǒng)角度考慮各零部件的參數(shù)最佳匹配。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明旨在解決高壓燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理而導(dǎo)致項(xiàng)目開發(fā)中、后期噪聲風(fēng)險(xiǎn)難以控制的問題，提出一種低噪音高壓燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，通過燃油總管、高壓油泵、噴油器的設(shè)計(jì)參數(shù)DOE分析，以系統(tǒng)壓力波動(dòng)、針閥落座速度為設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行篩選，兼顧噴油量等性能要求，設(shè)計(jì)出滿足噪聲要求的高壓燃油系統(tǒng)，做到“一次設(shè)計(jì)對”，極大程度減少開發(fā)中、后期反復(fù)修改、優(yōu)化的費(fèi)時(shí)費(fèi)力費(fèi)錢的工作。
依據(jù)仿真分析與試驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行的“田口法”經(jīng)驗(yàn)，燃油總管和出油管的結(jié)構(gòu)尺寸會(huì)影響管道的容積，改變管道的容性、阻性，進(jìn)而影響高壓燃油系統(tǒng)的NVH性能，而ECU控制信號(hào)會(huì)控制燃油的流入和流出，直接影響系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，在眾多高壓燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)中，對噪聲靈敏度較高的設(shè)計(jì)參數(shù)有：燃油總管長度、內(nèi)徑，出油管長度、內(nèi)徑、彎角，ECU控制信號(hào)。仿真分析和試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果顯示出這些參數(shù)的改動(dòng)均會(huì)導(dǎo)致燃油系統(tǒng)的NVH性能的變化。這些設(shè)計(jì)參數(shù)與噪聲之間的相關(guān)性屬首次提出，另外增加阻尼器和可變?nèi)萸灰材苡行Ц纳聘邏喝加拖到y(tǒng)NVH性能。
本發(fā)明提出的低噪音燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法通過如下幾個(gè)步驟來實(shí)現(xiàn)：
第一步：初定燃油總管長度、內(nèi)徑，出油管長度、內(nèi)徑、彎角。
其中燃油總管長度一般由缸心距確定，兩端長度根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)尺寸初步確定，一般盡量不超出發(fā)動(dòng)機(jī)長度，燃油總管內(nèi)徑初始值可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值擬定。出油管的長度、彎角由燃油系統(tǒng)總布置空間限制初步確定，內(nèi)徑由系統(tǒng)最大軌壓初步確定。
燃油系統(tǒng)的管道在一定程度上表現(xiàn)出較強(qiáng)的頻域特性，這些均會(huì)影響在高壓燃油系統(tǒng)的噪聲表現(xiàn)。
第二步：初定ECU信號(hào)。
根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)性能開發(fā)要求，由電噴匹配確定ECU信號(hào)，ECU信號(hào)主要包含高壓油泵和噴油器的執(zhí)行電流，執(zhí)行電流的幅值、相位對噪聲敏感度較高，且執(zhí)行電流和發(fā)動(dòng)機(jī)工況相對應(yīng)。而怠速工況下的高壓燃油系統(tǒng)的噪聲和ECU信號(hào)息息相關(guān)，主要因?yàn)楦邏河捅煤蛧娪推鞯膱?zhí)行電流會(huì)影響管道內(nèi)的壓力波動(dòng)，且執(zhí)行電流的幅值會(huì)影響針閥的落座力，這些影響最終表現(xiàn)出高壓燃油系統(tǒng)特有的“嗒嗒”聲，極易被客戶感知。
第三步：其他設(shè)計(jì)參數(shù)，如燃油總管進(jìn)口節(jié)流口直徑、出口節(jié)流口直徑等，因其對高壓燃油系統(tǒng)噪聲無影響，可按照設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。
第四步：建立高壓燃油系統(tǒng)LMS AMESim仿真分析模型，燃油總管長度、內(nèi)徑，出油管長度、彎角、內(nèi)徑，高壓油泵和噴油器的執(zhí)行電流的幅值、相位，將被設(shè)置為系統(tǒng)變量，其范圍定義如下：
（1）燃油總管、出油管長度調(diào)整±20%，增量步5%。僅燃油總管兩端長度為變量，中間1缸到4缸的長度由缸心距確定，為不可改變參數(shù)。
（2）燃油總管、出油管內(nèi)徑r調(diào)整±20%，增量步5%。
（3）出油管彎角α調(diào)整±20deg，增量步5deg。
（4）高壓油泵、噴油器執(zhí)行電流幅值I調(diào)整±20%，增量步5%。
（5）高壓油泵、噴油器執(zhí)行電流相位調(diào)整±20%，增量步5%。
第五步：結(jié)果篩選。
通過工程實(shí)踐，燃油總管內(nèi)壓力波動(dòng)減小、高壓油泵、噴油器針閥落座速度減小均有利于燃油系統(tǒng)噪音減小，且燃油系統(tǒng)噪聲頻率主要在3000Hz-20000Hz表現(xiàn)較差，因此將第四步中的所有變量進(jìn)行排列、組合，進(jìn)行仿真分析計(jì)算，以燃油總管內(nèi)壓力波動(dòng)和高壓油泵、噴油器針閥落座速度頻域結(jié)果為篩選參數(shù)，選取燃油總管壓力波動(dòng)和高壓油泵、噴油器針閥落座速度最小的一組參數(shù)作為最終設(shè)計(jì)參數(shù)，通過該方法設(shè)計(jì)出的燃油系統(tǒng)，將能滿足NVH性能最低要求。
本發(fā)明所述設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢在于：
1.在燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初就把NVH性能考慮在內(nèi)，做到“一次設(shè)計(jì)對”，避免項(xiàng)目開發(fā)完成后，進(jìn)行不休止的問題攻關(guān)。
2.通過將燃油總管壓力波動(dòng)和高壓油泵、噴油器針閥落座速度作為性能指標(biāo)進(jìn)行篩選，能選取高壓燃油系統(tǒng)各零部件設(shè)計(jì)參數(shù)最佳的匹配組合，即為最終的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。該方法設(shè)計(jì)出的高壓燃油系統(tǒng)方案，經(jīng)過驗(yàn)證能降低發(fā)動(dòng)機(jī)怠速工況噪聲3dB，其他工況聲品質(zhì)也會(huì)得到較大改善，主觀評價(jià)可提升1分左右。該過程合理分配了計(jì)算資源，節(jié)省了時(shí)間，減少試驗(yàn)輪次，減少樣件制作費(fèi)用，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。
附圖說明
圖1為低噪音高壓燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合圖1所示的步驟，詳細(xì)舉例說明一個(gè)直噴發(fā)動(dòng)機(jī)的低噪聲高壓燃油系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程：
第一步：初定燃油總管長度、內(nèi)徑，出油管長度、內(nèi)徑、彎角。
根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)缸心距（80mm）及發(fā)動(dòng)機(jī)長度尺寸（420mm），初步確定燃油總管長度為380mm，其中1缸到4缸的長度均為80mm，兩端長度分別為60mm和80mm，燃油總管內(nèi)徑根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取20mm。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)總布置，考慮高壓油泵和燃油總管的位置關(guān)系，出油管的長度初定200mm，彎角為120deg，根據(jù)軌壓初定內(nèi)徑為8mm。
第二步：初定ECU信號(hào)。
根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)性能開發(fā)要求，由電噴匹配確定ECU信號(hào)，ECU信號(hào)主要包含高壓油泵和噴油器的執(zhí)行電流，確定高壓油泵執(zhí)行電流的幅值I1=5A，相位0.1ms，噴油器執(zhí)行電流I2=5A，相位0.14ms。
第三步：其他設(shè)計(jì)參數(shù)，可按照設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，如燃油總管進(jìn)口節(jié)流口直徑設(shè)為2.5mm，出口節(jié)流口直徑設(shè)為2.5mm。
第四步：建立高壓燃油系統(tǒng)LMS AMESim仿真分析模型，燃油總管長度、內(nèi)徑，出油管長度、彎角、內(nèi)徑，高壓油泵和噴油器的執(zhí)行電流的幅值、相位，將被設(shè)置為系統(tǒng)變量，其范圍定義如下：
1、燃油總管兩端長度分別為L1=60mm和L2=80mm，出油管長度L3=200mm，調(diào)整±20%，增量步5%。故L1的取值范圍為48-72mm，增量步為3mm；L2取值范圍為64-96mm，增量步為4mm；L3=取值范圍為160-240mm，增量步為10mm。
2、燃油總管的內(nèi)徑為r1=20mm，取值范圍為16-24mm，增量步為1mm；出油管內(nèi)徑r2=8mm，取值范圍為6.4-9.6mm，增量步為0.4mm。
3、出油管彎角α=120deg，取值范圍為100-140deg，增量步為5deg。
4、高壓油泵執(zhí)行電流I1=5A，取值范圍為4-5A，增量步為0.25A。噴油器執(zhí)行電流與之相同。
5、高壓油泵執(zhí)行電流相位為0.1ms，取值范圍為0.08-0.12ms，增量步為0.005ms，噴油器執(zhí)行電流相位為0.14ms，取值范圍為0.112-0.168ms，增量步為0.007ms。
第五步：結(jié)果篩選。通過仿真分析，發(fā)現(xiàn)燃油總管L1=69mm，L2=84mm，出油管L3=170mm ，r1=24mm，r2=6.8mm，α=110deg，高壓油泵、噴油器執(zhí)行電流幅值I1=4.5A, I2=4.75A，高壓油泵執(zhí)行電流相位為0.115ms，噴油器執(zhí)行電流相位為0.161ms時(shí)，在3000Hz-20000Hz頻段燃油總管壓力波動(dòng)最小，高壓油泵、噴油器針閥落座速度最小，故選擇該組合參數(shù)，將能滿足NVH性能最低要求。