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第 38 卷 第 3 期 程志伟等： 怠速工况下燃油系统的噪声评价和改善 347

围在 3∼4 bar 之间；燃油喷射器打开关闭的频率达 油流动速度)，E f 为流体弹性模量，E p 为管道弹性
3000 次/min；例如，四缸机的 4 个燃油喷射器配合 模量，k g 为管道几何常数，D 为圆管内径，t 为圆管
不同冲程工作，形成数个不一致的油压脉冲，相互叠 壁厚，c为声速。
加，对燃油压力稳定性破坏很大。为了解决油压脉 由式 (1) 可知，油压脉冲振幅取决于三个参数：
冲带来的噪声问题，目前比较可靠而又有效的方案 燃油密度、燃油脉冲传导速度和燃油流速差。其中，
是在燃油轨内置阻尼器，削弱燃油压力脉冲影响，如 燃油密度是常数，燃油脉冲传导速度和燃油流速差
图2所示。 取决于燃油压力调节器的设计。式 (2) 为燃油脉冲
传导速度计算公式，若燃油在一个弹性的圆柱形管
᫾ࡉ٨
྇෴ᢾ 道内流动，管壁受到油压脉冲影响会变形，管道容积
也随之改变。式 (3) 为圆柱形管道几何常数计算公
式，燃油管道容积的变化和燃油流速的变化正如一
系列弹簧之间的相互作用。
v
u n
1
u ∑
¯
2
إ෴٨ P n = t p , (4)
n i
1
图 2 燃油轨的管路及内部的阻尼器结构设计图 1 1
¯ 2
2
E s = ρν , E a = P , (5)
Fig. 2 Structure design diagram of fuel rail pipe 2 s ρ a c
and internal damper 1 1 2
¯
¯ 2
P ∝ ρν , P n ∝ ν s , (6)
s
ρ a c 2
燃油阻尼器是一个板条形的空腔结构，内部充
¯
其中，P n 为燃油压力脉动频率带宽范围内 n 个声压
满氮气且密封，安装在燃油轨的内部，其长度贯穿于
值的均方根值，E s 为单位体积内的燃油流体动能，
整个燃油轨。燃油轨阻尼油压脉冲的基本工作原理
E a 为单位体积内的空气振动能量，ρ a 为空气密度。
是假定在一个弹性燃油管道内部，如果喷油器突然
结合图 1，怠速工况下的脉动噪声源来自于燃
关闭，那么管内的燃油将形成压力脉冲波动，如图 3
油压力脉动，但这种脉动只在特定的频率范围出现，
所示。类似突然关闭正在放水的水龙头，水管会怦
脉动带来的噪声大小可以用式 (4) 定量化表示。而
然作响，这是因为水阀突然关闭形成的压力脉冲造
脉动导致燃油管内压力突然变化，燃油的流速也随
成的冲击作用。但燃油流动的速度远比水的流速大
得多，因而其作用更不容忽视。 之增加，由此而带来燃油动能的改变，如式(5) 中E s
的表达式；同时，喷油器一开一合，在燃油管内产生
྇෴ืүவՔ ԍҧᑢфฉүவՔ 气泡，气泡量是不断变化的，即随着回油管侧的流量
减少和回油压力下降而增加。反之，气泡量则减少，
྇෴ኮܞ
从而形成激振力源，在回油管内产生压力脉动，空气
图 3 燃油轨内燃油流动和压力脉冲波动方向示意图 的振动能量如式(5)中E a 的表达式。在喷油器作动
Fig. 3 Schematic diagram of fuel flow and pressure 过程中，燃油管内的空气振动能量和前者即燃油动
plus direction within fuel rail 能之间会发生能量交换，故认为两者是一种线性比
1.2 燃油脉动计算方法 例关系，如式 (6)，而 ρ a 、c、ρ 均为常数，故脉动声压
¯
燃油压力脉冲计算公式如式(1)∼式(3)： P 与燃油流动速度v s 成正比例关系。燃油轨阻尼器
正是通过降低燃油流速来减弱燃油压力脉冲，进而
∆P = −ρc∆v, (1)
减低脉动声压。
√
[ ( )]
/
E f
v p = E f ρ 1 + k g , (2) 1.3 燃油脉动噪声振动测试结果分析
E p
如前所述，燃油泵周期性地泵出燃油，故燃油
D
k g = , (3) 压力脉动亦呈周期性变化特征，表现在噪声振动的
t
其中，∆P 为压力脉冲，ρ为燃油密度，v p 为燃油脉冲 频谱上，即具有明显的谐波特性：整数倍于发动机基
传导速度，∆v 为燃油流速差(∆v = v s − v p ，v s 为燃 频25 Hz。例如，假定四缸汽油机的怠速转速设定在