一种低噪音高压燃油系统设计方法技术领域
本发明属于汽车发动机领域，具体涉及一种低噪音高压燃油系统设计方法。
背景技术
怠速工况下高压燃油系统噪声对发动机总声压贡献最大，且极易被客户感知，是
直喷发动机出现频次较高的噪声问题。目前高压燃油系统NVH设计方法为：第一步——设计
燃油系统方案，第二步——制作样件，第三步——试验测试燃油系统噪声，若噪声不达标
（多数不可能一次达标），第四步——优化燃油系统各单体零部件设计参数，第五步——试
验测试燃油系统噪声，重复第四、五步直至达到预设噪声目标。因无法预知优化单个零部件
后的噪声水平，故优化工作没有方向性，全靠工程师个人经验和运气，导致高压燃油系统噪
声问题解决试验轮次多、时间长、样件费用高，且很多时候优化单个零部件不能达到开发目
标，需要优化多个零部件，多个零部件之间会存在相互影响，要考虑系统级优化匹配工作，
目前的设计方法基本无法考虑，难以达到理想效果。即便试验测试可以解决，对人力、物力
以及时间成本的消耗也是巨大的。
从设计理论的角度讲，燃油总管内压力波动减小和高压油泵、喷油器针阀落座速
度减小均有利于燃油系统降噪。目前的设计理念对燃油系统设计参数与对燃油总管压力波
动和高压油泵、喷油器落座速度的影响并无足够认识。必须经过大量样件试验，才能设计出
满足燃油系统噪声要求的燃油系统，不能在项目开始就快速设计出对降低噪声有利的燃油
总管、高压油泵等零部件，更不能从燃油系统角度考虑各零部件的参数最佳匹配。
发明内容
本发明旨在解决高压燃油系统设计不合理而导致项目开发中、后期噪声风险难以
控制的问题，提出一种低噪音高压燃油系统设计方法，通过燃油总管、高压油泵、喷油器的
设计参数DOE分析，以系统压力波动、针阀落座速度为设计目标进行筛选，兼顾喷油量等性
能要求，设计出满足噪声要求的高压燃油系统，做到“一次设计对”，极大程度减少开发中、
后期反复修改、优化的费时费力费钱的工作。
依据仿真分析与试验验证进行的“田口法”经验，燃油总管和出油管的结构尺寸会
影响管道的容积，改变管道的容性、阻性，进而影响高压燃油系统的NVH性能，而ECU控制信
号会控制燃油的流入和流出，直接影响系统的动态特性，在众多高压燃油系统设计参数中，
对噪声灵敏度较高的设计参数有：燃油总管长度、内径，出油管长度、内径、弯角，ECU控制信
号。仿真分析和试验验证结果显示出这些参数的改动均会导致燃油系统的NVH性能的变化。
这些设计参数与噪声之间的相关性属首次提出，另外增加阻尼器和可变容腔也能有效改善
高压燃油系统NVH性能。
本发明提出的低噪音燃油系统设计方法通过如下几个步骤来实现：
第一步：初定燃油总管长度、内径，出油管长度、内径、弯角。
其中燃油总管长度一般由缸心距确定，两端长度根据发动机尺寸初步确定，一般
尽量不超出发动机长度，燃油总管内径初始值可根据经验值拟定。出油管的长度、弯角由燃
油系统总布置空间限制初步确定，内径由系统最大轨压初步确定。
燃油系统的管道在一定程度上表现出较强的频域特性，这些均会影响在高压燃油
系统的噪声表现。
第二步：初定ECU信号。
根据发动机性能开发要求，由电喷匹配确定ECU信号，ECU信号主要包含高压油泵
和喷油器的执行电流，执行电流的幅值、相位对噪声敏感度较高，且执行电流和发动机工况
相对应。而怠速工况下的高压燃油系统的噪声和ECU信号息息相关，主要因为高压油泵和喷
油器的执行电流会影响管道内的压力波动，且执行电流的幅值会影响针阀的落座力，这些
影响最终表现出高压燃油系统特有的“嗒嗒”声，极易被客户感知。
第三步：其他设计参数，如燃油总管进口节流口直径、出口节流口直径等，因其对
高压燃油系统噪声无影响，可按照设计经验进行确定。
第四步：建立高压燃油系统LMS AMESim仿真分析模型，燃油总管长度、内径，出油
管长度、弯角、内径，高压油泵和喷油器的执行电流的幅值、相位，将被设置为系统变量，其
范围定义如下：
（1）燃油总管、出油管长度![]()
调整±20%，增量步5%。仅燃油总管两端长度为变量，中间1
缸到4缸的长度由缸心距确定，为不可改变参数。
（2）燃油总管、出油管内径r调整±20%，增量步5%。
（3）出油管弯角α调整±20deg，增量步5deg。
（4）高压油泵、喷油器执行电流幅值I调整±20%，增量步5%。
（5）高压油泵、喷油器执行电流相位调整±20%，增量步5%。
第五步：结果筛选。
通过工程实践，燃油总管内压力波动减小、高压油泵、喷油器针阀落座速度减小均
有利于燃油系统噪音减小，且燃油系统噪声频率主要在3000Hz-20000Hz表现较差，因此将
第四步中的所有变量进行排列、组合，进行仿真分析计算，以燃油总管内压力波动和高压油
泵、喷油器针阀落座速度频域结果为筛选参数，选取燃油总管压力波动和高压油泵、喷油器
针阀落座速度最小的一组参数作为最终设计参数，通过该方法设计出的燃油系统，将能满
足NVH性能最低要求。
本发明所述设计方法的优势在于：
1.在燃油系统设计之初就把NVH性能考虑在内，做到“一次设计对”，避免项目开发完成
后，进行不休止的问题攻关。
2.通过将燃油总管压力波动和高压油泵、喷油器针阀落座速度作为性能指标进行
筛选，能选取高压燃油系统各零部件设计参数最佳的匹配组合，即为最终的最优设计方案。
该方法设计出的高压燃油系统方案，经过验证能降低发动机怠速工况噪声3dB，其他工况声
品质也会得到较大改善，主观评价可提升1分左右。该过程合理分配了计算资源，节省了时
间，减少试验轮次，减少样件制作费用，缩短产品开发周期。
附图说明
图1为低噪音高压燃油系统设计流程图。
具体实施方式
以下结合图1所示的步骤，详细举例说明一个直喷发动机的低噪声高压燃油系统
设计过程：
第一步：初定燃油总管长度、内径，出油管长度、内径、弯角。
根据发动机缸心距（80mm）及发动机长度尺寸（420mm），初步确定燃油总管长度为
380mm，其中1缸到4缸的长度均为80mm，两端长度分别为60mm和80mm，燃油总管内径根据经
验选取20mm。根据发动机总布置，考虑高压油泵和燃油总管的位置关系，出油管的长度初定
200mm，弯角为120deg，根据轨压初定内径为8mm。
第二步：初定ECU信号。
根据发动机性能开发要求，由电喷匹配确定ECU信号，ECU信号主要包含高压油泵
和喷油器的执行电流，确定高压油泵执行电流的幅值I1=5A，相位0.1ms，喷油器执行电流I2=
5A，相位0.14ms。
第三步：其他设计参数，可按照设计经验进行确定，如燃油总管进口节流口直径设
为2.5mm，出口节流口直径设为2.5mm。
第四步：建立高压燃油系统LMS AMESim仿真分析模型，燃油总管长度、内径，出油
管长度、弯角、内径，高压油泵和喷油器的执行电流的幅值、相位，将被设置为系统变量，其
范围定义如下：
1、燃油总管两端长度分别为L1=60mm和L2=80mm，出油管长度L3=200mm，![]()
调整±20%，增
量步5%。故L1的取值范围为48-72mm，增量步为3mm；L2取值范围为64-96mm，增量步为4mm；L3=
取值范围为160-240mm，增量步为10mm。
2、燃油总管的内径为r1=20mm，取值范围为16-24mm，增量步为1mm；出油管内径r2=
8mm，取值范围为6.4-9.6mm，增量步为0.4mm。
3、出油管弯角α=120deg，取值范围为100-140deg，增量步为5deg。
4、高压油泵执行电流I1=5A，取值范围为4-5A，增量步为0.25A。喷油器执行电流与
之相同。
5、高压油泵执行电流相位为0.1ms，取值范围为0.08-0.12ms，增量步为0.005ms，
喷油器执行电流相位为0.14ms，取值范围为0.112-0.168ms，增量步为0.007ms。
第五步：结果筛选。通过仿真分析，发现燃油总管L1=69mm，L2=84mm，出油管L3=
170mm ，r1=24mm，r2=6.8mm，α=110deg，高压油泵、喷油器执行电流幅值I1=4.5A, I2=4.75A，
高压油泵执行电流相位为0.115ms，喷油器执行电流相位为0.161ms时，在3000Hz-20000Hz
频段燃油总管压力波动最小，高压油泵、喷油器针阀落座速度最小，故选择该组合参数，将
能满足NVH性能最低要求。