一种基于阻尼孔的降低燃油脉动激振力的降噪结构的制作方法

1.本发明涉及内燃机供油系统减振降噪技术，尤其涉及一种基于阻尼孔的降低燃油脉动激振力的降噪结构。


背景技术：

2.随着喷油器性能的提高和多次喷射、稀薄燃烧技术的使用，燃油压力提高，单次喷射脉宽缩短，喷油器针阀关闭时间缩短，喷油器针阀关闭后的水击效应增大。水击波在喷油器针阀与高压油泵之间的管容系统内传播，管容系统内燃油压力和速度交替变化，对结构形成冲击振动辐射噪声，水击波传播到各缸喷油器针阀处，针阀处压力波动增大，影响燃油喷射稳定性和雾化性能，严重者甚至会造成发动机各缸、各次喷油不均，缸压不均，发动机输出扭矩波动增大，振动噪声增大，油耗升高，排放不达标等等问题。同时，因管道结构长度较短，管道结构模态频率较高，水击波频率较高，结构振动辐射噪声频率处于人耳敏感频段范围内，且为非稳态间歇性敲击声，影响车辆噪声品质和乘坐舒适性。
3.在现有技术中，解决内燃机供油系统燃油脉动及其引起的振动噪声问题有以下几种方法措施和结构形式：
4.1、如专利公开号为cn105927386a、cn20811073u、cn208153160u和cn208816260u所公开的技术方案，在供油系统管道外部包裹一个吸隔声零件，吸隔声零件一般采用高低密度复合非金属结构件。其问题在于，装配在发动机上会影响发动机热量扩散；并且，零件结构尺寸较大，需要占用较大空间，重量较大，成本较高。此外，这种结构只能降低供油系统管道受振动辐射的部分噪声能量，效率较低，对供油系统结构振动传播进入车内的噪声没有效果，对燃油压力脉动及速度脉动冲击引起的喷油量不稳定相关的一系列问题没有效果。
5.2、如专利公开号为cn103410644a和cn105840373b所公开的技术方案中，在油轨进油管路或者共轨管与喷油器之间的出油管路上串接一个或数个弹性、阻尼元件来降低或者消除燃油脉动及其引起的振动噪声。此结构的缺点是在管路上增加了至少1个接头，增大了燃油泄漏风险，降低了可靠性；并且，附加的弹性阻尼元件如果出现故障将会引起内燃机供油不通畅，出现加速无力，抖动甚至熄火停机等故障；此外，所用的弹性阻尼元件结构尺寸一般较大，需要占用一定空间，结构较复杂，成本较高；弹性阻尼元件一般由非金属材料构成，长期浸泡在高温高压燃油中易出现发泡和力学性能改变等失效模式，失效后易引起油路故障。
6.3、如专利公开号为us7341045b2、us9518544b2和us20060081220a1所公开的技术方案中，在油轨内设置弹性阻尼元件。这种结构存在的问题主要是结构较复杂，制造工艺要求高，结构尺寸较大，占用共轨管内很大一部分空间，制造成本较高。
7.4、如专利公开号为cn210919300u所公开的技术方案中，在共轨管横截面上设置数个隔断小孔，降低液压冲击能量。其问题在于加工难度较大，不适合一体机加工成型的油轨。
8.5、如专利公开号为us8402947b2所公开的技术方案中，基于声腔共振和声腔模态
振型激励点避让的设计理念，将共轨管用隔断分成多个腔室，提高共轨管各腔室声腔模态并使各缸出油管口位于声腔节点处，降低声腔模态受水击激振响应。此结构在共轨管中设置几个隔断，制造加工难度较大，不适合整体式机加工共轨管。


技术实现要素：

9.为克服上述现有技术中的问题，本发明提供一种基于阻尼孔的降低燃油脉动激振力的降噪结构，从源头上衰减高压瞬变燃油对共轨管的冲击能量，消除振动噪声。
10.一种基于阻尼孔的降低燃油脉动激振力的降噪结构，包括：
11.在发动机各缸喷油器与共轨管之间的出油管道上设置至少一个阻尼孔；或者，在特定发动机缸喷油器与共轨管之间的出油管道上设置至少一个阻尼孔。
12.可选的，所述出油管道还包括喷油器座；所述共轨管与所述喷油器座连接，并形成所述出油管道；在所述共轨管与所述喷油器座之间装配有带阻尼孔的衬套；
13.可选的，所述衬套与所述喷油器座过盈配合；
14.可选的，所述衬套压入所述喷油器座上的沉孔后，通过钎焊料将所述共轨管与所述喷油器座焊接；
15.可选的，所述出油管道还包括喷油器座，所述喷油器座与所述共轨管连接，并形成所述出油管道；在所述喷油器座的内流道上设置至少一个阻尼孔；
16.可选的，所述出油管道还包括喷油器座，所述共轨管的内部流道上设有出油孔；所述喷油器座与所述出油孔连接，并形成所述出油管道；在所述出油孔上设置至少一个阻尼孔；
17.可选的，所述特定发动机缸喷油器包括第一缸和或第三缸、第四缸喷油器；
18.可选的，所述喷油器还包括喷油器针阀，所述喷油器座位于所述喷油器针阀和共轨管之间；
19.可选的，所述阻尼孔的直径在0.5至2.5毫米之间；
20.可选的，所述阻尼孔的长度在0.5至30毫米之间。
21.上述基于阻尼孔的降低燃油脉动激振力的降噪结构，在共轨管与喷油器之间的出油管道上设置一个合适的阻尼孔，对喷油器关闭后的高频变换水击压力波和高频换向瞬变流速度具有较好的阻抗作用，同时，对正常低速流动的燃油局部压力损失和沿程压力损失很小，对流量影响可忽略；从而从源头上衰减高压瞬变燃油对共轨管的冲击能量，消除振动噪声。
22.由于只需要对管道流道结构作适当优化即可实现，结构简单，成本低，改动小，容易生产制造，适合现有的一体式管道和分体式支座更改。并且，通过更改流道截面结构，增大局部阻抗来消耗水击波能量，不需要增加附加的功能件，提高管道系统可靠性。
23.与现有技术相比，本方案可以有效衰减内燃机供油管道内燃油脉动能量，降低和消除因燃油压力和速度脉动引起的一系列副作用，如各缸各次喷油量不稳定，缸压不均，发动机工作粗暴，振动噪声大，管道气蚀，管道振动噪声大等等问题。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1是本发明一实施例中基于阻尼孔的降低燃油脉动激振力的降噪结构的示意图；
26.图2是本发明一实施例中基于阻尼孔的降低燃油脉动激振力的降噪结构的局部放大图；
27.图3是本发明一实施例中基于阻尼孔的降低燃油脉动激振力的降噪结构的示意图；
28.图4是本发明另一实施例中基于阻尼孔的降低燃油脉动激振力的降噪结构的示意图；
29.图5是本发明另一实施例中基于阻尼孔的降低燃油脉动激振力的降噪结构的局部放大图；
30.图6是本发明另一实施例中基于阻尼孔的降低燃油脉动激振力的降噪结构的示意图；
31.图7是本发明另一实施例中基于阻尼孔的降低燃油脉动激振力的降噪结构的局部放大图；
32.图8是本发明另一实施例中基于阻尼孔的降低燃油脉动激振力的降噪结构的局部放大图；
33.图9是本发明实施例中共轨管至喷油器针阀的流道截面图；
34.图10是本发明实施例中共轨管端部水击压力波随阻尼孔直径变化图；
35.图11是本发明实施例中急加速阻尼孔前后压力实测值图；
36.图12是无阻尼孔时燃油1阶声腔模态图；
37.图13是本发明实施例中有阻尼孔时燃油1阶声腔模态图；
38.说明书附图中的标记如下：
39.100、共轨管；200、带阻尼孔的衬套；300、喷油器座；400、钎焊料；500、阻尼孔；1、共轨管；2、出油管；3、经阻尼孔后的水击波；4、阻尼孔；5、出油管；6、经阻尼孔后的水击波；7、喷油器针阀、8、进油管。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.本发明提供一种基于阻尼孔的降低燃油脉动激振力的降噪结构，在各缸喷油器与共轨管之间的出油管道上设计至少一个直径较小的阻尼孔；或者，在某缸喷油器与共轨管之间的出油管道上设计至少一个直径很小的阻尼孔。例如，在发生较强水击效应的第1缸和(或)第3缸、第4缸喷油器与共轨管之间的出油管道内设计至少一个直径很小的阻尼孔。
42.在不影响正常流量和满足压力损失要求的前提下，阻尼孔直径和长度根据实际效
果进行灵活调整，阻尼孔直径一般在0.5mm至2.5mm之间，阻尼孔长度一般在0.5mm至30mm之间。
43.其中，对敲击振动噪声影响最大的是阻尼孔直径。根据供油管道系统参数不同，水击效应大小不同，设计适当的直径，直径需要小于一定的数值，具体数值由试验或计算确定，满足流量和压力要求，能有效消除车内外敲击声即可。
44.其次，对敲击振动噪声有影响的是阻尼孔的长度，阻尼孔长度设计主要考虑加工性能及对压损和流量的影响。。
45.如图1、2、3所示，在一实施例中，在共轨管100和各缸(某缸)喷油器针阀之间的喷油器座300(出油管道结构)之间装配一个带阻尼孔的衬套200，衬套与喷油器座之间过盈配合，先将阻尼孔衬套压入喷油器座上的沉孔后，再用钎焊料400将共轨管与喷油器座焊接。进一步地，带阻尼孔的衬套200中的阻尼孔长度较小时为如图2所示的薄壳状结构，阻尼孔长度较大时，演变成阻尼孔长度等于衬套长度的实体结构。衬套200具有焊接定位和防止钎焊料融化后渗入阻尼孔的作用。
46.进一步地，在一实施例中，如图4、5所示，在共轨管和各缸(某缸)喷油器针阀之间的喷油器座的内流道上设置至少一个阻尼孔500。与实施例一相比，该结构不需要额外增加一个阻尼孔衬套，而是直接在喷油器座上加工，工艺简单、成本较低。
47.更进一步地，在一实施例中，如图6、7、8所示，在各缸(某缸)喷油器座与共轨管上内部流道连接的出油孔上设置一个阻尼孔500。与实施例一相比，该结构是不需要额外增加一个阻尼孔衬套，而是直接在共轨管上加工，工艺简单、成本较低。
48.为了便于理解，如图9所示，本基于阻尼孔的降噪结构的工作原理如下：
49.内燃机燃油供给系统存在油泵、单向阀、喷油器等脉冲式工作的动力元件和开闭式工作的阀门，燃油在流动过程中流动状态会突然改变，因此，燃油在流动过程中都存在一定的压力脉动和速度脉动，包括剧烈的压力和速度脉动如水击波(液压冲击)等；燃油脉动轻则引起振动噪声，重则发生机器工作不稳定，性能下降，供油系统管道损坏等故障。因此，需要降低和消除燃油压力和速度脉动引起的一系列副作用。
50.基于此，在设置阻尼孔后，燃油流经阻尼孔时速度加快，速度梯度增大，摩擦阻尼增大，阻尼孔与其上下游的管道扩张腔形成一个截面突变的区域，增大了燃油局部阻力，降低燃油脉动流动能量。
51.在图9中，某缸针阀7从开启到关闭后，上游水击波在针阀7与共轨管1出口之间震荡一个周期可分为4个阶段：增压逆波、减压顺波、减压逆波、增压顺波。
52.在增压逆波阶段，水击波从位置6经阻尼孔4传播到位置3，因为阻尼孔4的阻尼衰减及因阻尼孔4和出油管5的截面差造成的反射作用，水击波传播到位置3后能量大幅衰减，能有效降低水击波对共轨管1结构及共轨管1内声腔模态的激振力，从而降低或消除水击波引起的振动噪声。
53.同理，当水击波反向从出油管2经阻尼孔4传播至出油管5过程中，也产生能量衰减。喷油器针阀至共轨管之间的距离为l，某缸喷油器喷油时，针阀开启后出油管中压力为p0，流速为 v0，其他各缸喷油器针阀及进油管上的高压油泵出油单向阀都是关闭的，共轨管长度和容积较大，与未喷油的出油管及进油管可看作一个封闭容器。根据茹可夫斯基水击波过程可知，某缸针阀从开启到关闭后上游水击波在阀门与管道入口之间震荡一个周期可
分为4个阶段：增压逆波、减压顺波、减压逆波、增压顺波。
54.由于燃油的惯性和可压缩性，针阀关闭后，该缸管内燃油速度 v0自喷油器针阀到出油管与共轨管交界面处依次降低为0，压力从p0依次增大到p0 δ
p
，在l/c时刻整个管道内的燃油速度都变为0，压力都变为p0 δ
p
，此为水击波传播的第1阶段，称为增压逆波。
55.第2阶段减压顺波是因为该缸出油管内压力比共轨管内压力高δ
p
，出油管内燃油在压差作用下膨胀倒流进共轨管，出油管内燃油速度自管口到针阀由0反向增大到-v0，压力则从p0 δ
p
减小到p0。
56.第3阶段是减压逆波，出油管内燃油因惯性作用继续流出，阀门断流，速度由-v0减小到0，压力则从p0减小到p
0-δ
p
。
57.第4阶段是增压顺波，至3l/c时刻，由于共轨管内压力比出油管内压力高，在压差作用下，燃油再次进入管内，管内速度由0恢复到 v0，压力则从p
0-δ
p
恢复到p0，至4l/c时刻管内燃油状态及管道变形都恢复到阀门关闭时刻，重复这4个阶段。
58.水击波频率f＝c/4l，水击波峰大小δ
p
与燃油质量和动量及速度变化快慢和水击波速c都有关，水击波速又与管壁材料弹性模量、管壁厚度及流体体积模量和声速有关，随压力和温度变化而变化。
59.如图10所示，为采用数值模拟方法计算出的在采用本发明降噪结构解决方案下，三缸机燃油管道内设置阻尼孔长度不变，直径变化，共轨管端部轴心处的水击波压力值对比。
60.从图10中可以看出，无阻尼孔时水击压力波最大值达到2.35mpa；阻尼孔直径1.0mm时，最大压力波降低到0.22mpa，是无阻尼孔时的9.4％。即，有阻尼孔时，水击压力波衰减很快，无阻尼孔时，压力波衰减很慢。水击压力波交替变化时对管道结构形成冲击，冲击力大小与水击压力波大小成正比；因此，需要阻尼孔直径控制在某个数值以下，水击振动噪声才能降低到可接受程度。设计合理的阻尼孔仅对喷油器针阀关闭后的高频变换水击压力波和高频换向瞬变流速度具有较好的阻抗作用，对正常低速流动的燃油局部压力损失和沿程压力损失很小，对流量影响可忽略。
61.如图11所示，阻尼孔装车测量阻尼孔前后0hz～1000hz压力值，阻尼孔直径为1.3mm，长度为2mm，90
°
直角过渡，工况为怠速空档急加速，阻尼孔前后压力损失不超过0.2mpa。
62.对四缸机有无阻尼孔的油轨总成(含进油管及各缸出油管)燃油声腔模态计算分析，阻尼孔并没有改变整个燃油声腔模态振型，只是模态频率降低，从1696hz降低到1671hz。如图12所示，为无阻尼孔时燃油1阶声腔模态图；如图13所示，为本发明实施例中有阻尼孔时燃油1阶声腔模态图。根据图12、13对比可知，1阶声节点仍位于共轨管中部，位于共轨管与喷油器针阀之间的阻尼孔作用并不改变管道系统的声腔模态节点位置，降低声固耦合效应来降低振动噪声；而是在水击波进入共轨管之前，利用阻抗作用衰减水击波能量，降低共轨管中水击波压力。这与现有技术中，在共轨管中增加几个带小孔的隔断块，以改变共轨管声腔模态节点位置和振型，提高声腔模态频率来减振降噪的技术方案有本质区别。
63.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改
或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。