CN114183619A - 一种基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，包括：在共轨管的一端或两端设置具有流阻摩擦阻尼作用的减振器，减振器用于缓冲燃油脉动引起的冲击力和阻尼衰减。本发明的技术方案利用燃油内摩擦阻尼，通过设置减振器，实现对燃油冲击能量的缓冲吸收和阻尼衰减；并且，减振器设计在旁路，不影响燃油流动，不易损坏不易出现功能性故障，不影响外观，适合现有的一体式管道和分体式支座更改。
Description
技术领域
本发明涉及内燃机供油系统减振降噪技术，尤其涉及一种基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构。
背景技术
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。
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：
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。
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。
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。
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。
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。
发明内容
为克服上述现有技术中的问题，本发明提供一种基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，利用燃油内摩擦阻尼，通过设置减振器，实现对燃油冲击能量的缓冲吸收和阻尼衰减。
一种基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，包括：
在共轨管的一端或两端设置具有流阻摩擦阻尼作用的减振器，减振器用于缓冲燃油脉动引起的冲击力和阻尼衰减。
可选的，减振器包括滑块、端盖、弹性阻尼元件、第一销和第二销；其中，端盖与共轨管连接；滑块通过第一销与弹性阻尼元件连接，并且，滑块与共轨管、端盖之间的径向方向设有预留间隙，滑块可沿轴向滑动；弹性阻尼元件通过第二销与端盖连接；第一销在端盖内的导槽内沿端盖轴向运动；
可选的，减振器还包括第一密封圈，第一密封圈套设在第二销上；
可选的，减振器还包括第二密封圈，第二密封圈设置在端盖和共轨管之间；
可选的，端盖通过螺纹与共轨管连接；
可选的，若弹性阻尼元件为耐高温材料，则端盖通过焊接方式与共轨管连接；
可选的，减振器包括滑块、螺旋弹簧、端盖；其中，端盖与共轨管连接；螺旋弹簧的两端分别嵌入滑块和端盖的孔内；滑块通过螺旋弹簧与端盖连接，并且，滑块与共轨管、端盖之间的径向方向设有预留间隙，滑块可沿轴向滑动；
可选的，在滑块上至少一个小孔；
可选的，在端盖和共轨管之间设有钎焊料，通过钎焊将钎焊料融化后，将端盖和共轨管焊接在一起；
可选的，端盖和共轨管上设有匹配的螺纹，端盖和共轨管通过螺纹连接。
上述基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，针对各缸喷油器启闭时引起的水击波瞬变流在共轨管内来回震荡，因压力和速度交替变化，燃油对管道两端冲击力交替变化而辐射出敲击噪声的问题，在共轨管的一端或者两端设置减振器，可以消除燃油脉动冲击引起的振动噪声。
即，利用燃油内摩擦阻尼，设置带有弹性阻尼元件或螺旋弹簧的减振器，可以缓冲燃油脉动引起的冲击力和阻尼衰减。
与现有技术相比，减振器设计在旁路，无流动压力损失，不影响燃油流动；减振器与油路为并联连接形式，结构可靠性好，不易损坏不易出现功能性故障，并且，共轨管端减振器即使功能丧失，也不影响正常供油；减振器结构均置于管道内部，从外形上看不出来是否有减振器，不影响外观，适合现有的一体式管道和分体式支座更改，且便于生产制造。
附图说明
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。
图1是本发明一实施例中基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构的示意图；
图2是本发明一实施例中基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构的局部放大图；
图3是本发明另一实施例中基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构的示意图；
图4是本发明另一实施例中基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构的局部放大图；
图5是本发明另一实施例中基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构的原理图；
图6是本发明另一实施例中基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构的受力分析示意图；
图7是有无本发明时驾驶员耳旁噪声时频图对比图；
图8是有无本发明时共轨管端部轴向振动加速度时频图；
图9是有无本发明时共轨管端部轴向振动加速度幅频图；
说明书附图中的标记如下：
1、滑块；2、第一销；3、端盖；4、第一密封圈；5、第二密封圈；6、弹性阻尼元件；7、第二销；8、共轨管；9、螺旋弹簧；10、钎焊料。
具体实施方式
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。
本发明提供一种基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，在共轨管的一端或两端设置具有流阻摩擦阻尼作用的减振器，减振器用于缓冲燃油脉动引起的冲击力和阻尼衰减。
在一实施例中，如图1、2所示，在共轨管8的一端或两端设置一个减振器；减振器由滑块1、第一销2、端盖3、第一密封圈4、第二密封圈5、弹性阻尼元件6、第二销7组成。这些组件组合后整体装配到共轨管8上。
其中，共轨管8与端盖3之间通过螺纹连接；若弹性阻尼元件6用耐高温材料制成，端盖3与共轨管8连接也可以采用焊接方式连接。
滑块1通过第一销2与弹性阻尼元件6连接，弹性阻尼元件6通过第二销7与端盖3连接；滑块1与共轨管8、端盖3之间径向方向具有间隙，并可沿轴向滑动；同时，第一销2只能在端盖3内的导槽内沿端盖3轴向运动，以防止弹性元件6扭转运动。
当滑块1两端存在压差时，滑块1就在压差力、液压阻尼摩擦力、弹性元件6弹性阻尼力作用下振动。滑块1在脉动压力作用下振动，滑块1与共轨管8、端盖3之间的间隙内的燃油就会产生摩擦阻尼，损耗振动冲击能量。
此外，弹性阻尼元件受滑块1的压缩和拉伸，因阻尼元件的迟滞作用也会损耗振动能量，振动能量以热能的形式通过燃油带走，从而不会导致局部过热。
弹性阻尼元件6与滑块1和端盖3之间都是间隙配合。当间隙内的燃油压力波动时，弹性阻尼元件体积会发生变化，相当于降低了整个管道系统的等效弹性模量，从而衰减水击波压力。
弹性阻尼元件6能缓冲燃油脉动燃油对管端结构的冲击，降低振动噪声。当共轨管内燃油压力无脉动或者脉动很小时，滑块1处于静平衡状态。
进一步地，在滑块1轴向设置1个以上的阻尼小孔，以调节各部分腔室压力和阻尼力。
在本实施例中，此结构也可设计装配在喷油器与高压油泵之间的管道上其他位置，优选地，最佳位置是本实施例所示的油轨端盖处。
在另一实施例中，如图3、4所示，在共轨管8的一端或两端设计一个减振器，减振器由滑块1、螺旋弹簧9、端盖3、钎焊料10组成。这些组件组合后先整体装配到共轨管8上，然后进行钎焊，在钎焊料4融化后将端盖3与共轨管8连接在一起。或者，与上一实施例类似，在共轨管8与端盖3之间设计螺纹，增加密封圈，连接代替焊接。
滑块1通过螺旋弹簧9与端盖3连接，螺旋弹簧两端分别嵌入滑块1与端盖3上的孔内。滑块1与共轨管8、端盖3之间径向方向具有间隙，并可沿轴向滑动。
当滑块1两端存在压差时，滑块1就在压差力、液压阻尼摩擦力、螺旋弹簧2弹簧力作用下振动。滑块1在脉动压力作用下振动，滑块1与共轨管8、端盖3之间的间隙内的燃油及设置在滑块上的1至多个小孔内的燃油就会产生摩擦阻尼损耗振动冲击能量，振动能量以热能的形式通过燃油带走，不会导致局部过热。
螺旋弹簧9能缓冲燃油脉动燃油对管端结构的冲击，降低振动噪声。当共轨管内燃油压力无脉动或者脉动很小时，滑块1处于静平衡状态。
在本实施例中，此结构也可设计装配在喷油器与高压油泵之间的管道上其他位置；优选地，最佳位置是本实施例所示的油轨端盖处。
为了便于说明，采用带弹性阻尼元件或螺旋弹簧的减振器来降低和消除燃油脉动能量，其原理如图5所示，地基部分即代表受迫振动的管道系统，弹簧质量和阻尼部分即代表所设计的结构与燃油组成的系统。以第二实施例为例说明如下，如图6所示为第二实施例的结构受力分析示意图。
如图6所示，当共轨管内的油压p1脉动时，滑块与共轨管之间的缝隙δ1进出口压差Δp1为式(1)：
Δp1＝p1-p2 (1)
滑块与端盖之间的缝隙δ2进出口压差Δp2为式(2)
Δp2＝p2-p3 (2)
式中，p1代表共轨管中瞬时压力；p2代表滑块外部与共轨管之间空腔的压力；p3代表滑块内腔与端盖之间空腔的压力。
无油压脉动时，缝隙δ1和缝隙δ2压差均为0。滑块m所受的压差力F1为式(3)：
式中，r1代表滑块与共轨管配合部分半径；r2代表滑块与端盖配合部分半径。
滑块m所受的弹簧力F2为式(4)：
F2＝kx (4)
式中，k代表弹簧刚度系数；x代表滑块m位移；
滑块m所受缝隙δ1的阻尼力F3为式(5)：
式中，δ1代表缝隙δ1厚度；l1代表缝隙δ1轴向长度；μ代表燃油动力粘度系数；
代表滑块速度；右边第1项为压差所产生的摩擦力，与压差Δp1的方向相同，第2项为燃油剪应力产生的摩檫力，方向与
方向相反。
滑块m所受缝隙2的阻尼力F4为式(6)：
式中，δ2代表缝隙δ2厚度；l2代表缝隙δ2轴向长度；右边第1项为压差所产生的摩擦力，与压差Δp2的方向相同；第2项为燃油剪应力产生的摩檫力，方向与
方向相反。
由牛顿第二定律公式，联立以上方程，可求得滑块在不同压差下不同位置时的动力学参数：
式中，m代表滑块质量,F0代表共轨管中流动燃油对滑块的惯性冲击力，方向为燃油瞬时流动方向，大小为瞬时同向流动燃油质量与加速度乘积。
缝隙1损耗的功率：
缝隙2损耗的功率：
根据油轨内实际产生的最大瞬时脉动压力，合理设置缝隙δ1和缝隙δ2的大小及长度和弹簧刚度，产生合适的阻尼损耗，燃油脉动力经滑块弹簧孔隙阻尼系统缓冲和吸收后，冲击管端力明显降低，可有效消除振动噪声。
如图7所示，为有无本发明时驾驶员耳旁噪声时频图对比。其中，无本发明时，驾驶员耳旁噪声时频图存在一个1100Hz∽1500Hz范围内的间歇性敲击声；有本发明时，敲击声消除。
如图8所示，为有无本发明时共轨管端部轴向振动加速度时频图对比；如图9所示，为有无本发明时共轨管端部轴向振动加速度幅频图对比。在无本发明时，共轨管端部轴向加速度存在一个频率在1100Hz∽1500Hz范围内的间歇性敲击振动；有本发明时，敲击振动明显降低。
由此可见，采用本发明后，可以取消设置于油轨外部的声学包裹零件，降低成本，改善散热效果，提高可靠性。
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。
Claims (10)
1.一种基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，其特征在于，包括：
在共轨管的一端或两端设置具有流阻摩擦阻尼作用的减振器，所述减振器用于缓冲燃油脉动引起的冲击力和阻尼衰减。
2.如权利要求1所述的基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，其特征在于，所述减振器包括滑块、端盖、弹性阻尼元件、第一销和第二销；
其中，所述端盖与所述共轨管连接；
所述滑块通过所述第一销与所述弹性阻尼元件连接，并且，所述滑块与所述共轨管、端盖之间的径向方向设有预留间隙，所述滑块可沿轴向滑动；
所述弹性阻尼元件通过所述第二销与所述端盖连接；
所述第一销在所述端盖内的导槽内沿所述端盖轴向运动。
3.如权利要求2所述的基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，其特征在于，所述减振器还包括第一密封圈，所述第一密封圈套设在所述第二销上。
4.如权利要求3所述的基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，其特征在于，所述减振器还包括第二密封圈，所述第二密封圈设置在所述端盖和所述共轨管之间。
5.如权利要求2所述的基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，其特征在于，所述端盖通过螺纹与所述共轨管连接。
6.如权利要求2所述的基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，其特征在于，若所述弹性阻尼元件为耐高温材料，则所述端盖通过焊接方式与所述共轨管连接。
7.如权利要求1所述的基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，其特征在于，所述减振器包括滑块、螺旋弹簧、端盖；其中，
所述端盖与所述共轨管连接；
所述螺旋弹簧的两端分别嵌入所述滑块和端盖的孔内；
所述滑块通过所述螺旋弹簧与所述端盖连接，并且，所述滑块与所述共轨管、端盖之间的径向方向设有预留间隙，所述滑块可沿轴向滑动。
8.如权利要求7所述的基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，其特征在于，在所述滑块上至少一个小孔。
9.如权利要求7所述的基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，其特征在于，在所述端盖和共轨管之间设有钎焊料，通过钎焊将所述钎焊料融化后，将所述端盖和共轨管焊接在一起。
10.如权利要求7所述的基于减振器的降低燃油脉动激振力的降噪结构，其特征在于，所述端盖和共轨管上设有匹配的螺纹，所述端盖和共轨管通过所述螺纹连接。
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2021
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