組合式模擬油箱在燃油泵支架總成振動試驗中的應用

姜 震，謝 寧，高偉中，陳智溪，沈 彪，王建民，郭亞軍，周 承

（聯合汽車電子有限公司，上海 201112）

組合式模擬油箱在燃油泵支架總成振動試驗中的應用

姜 震，謝 寧，高偉中，陳智溪，沈 彪，王建民，郭亞軍，周 承

（聯合汽車電子有限公司，上海 201112）

對汽車燃油系統的重要零部件燃油泵支架總成設計的振動模擬油箱進行了介紹，通過對改進前定制式模擬油箱和改進后組合式模擬油箱的多項對比和實際案例引用得出結論，組合式模擬油箱優于定制式模擬油箱并完全符合燃油泵支架總成對振動試驗的使用要求。

模擬油箱；燃油泵支架總成；振動試驗

1 燃油泵支架總成介紹（見圖1）

燃油泵支架總成是汽車燃油系統中的重要零部件，任務是配合電動燃油泵（安裝在燃油泵支架總成內）連續不斷地供給燃油系統充足的燃油，并維持足夠的壓力（燃油系統的壓力由壓力調節器保持恒定），以保證發動機在所有工況下有效地噴射，多余的燃油流回油箱。

燃油泵支架總成通常集成法蘭（電、液接口）、電動燃油泵、濾油器、儲油桶（使剩余燃油儲存在燃油泵附近，保證汽車低油位時轉彎和上下坡供油不間斷）和帶浮子桿的油位傳感器。

燃油泵支架總成安裝在整車的油箱內，裝配外形和尺寸須符合整車實車油箱的安裝要求，所以安裝在不同整車上的燃油泵支架總成通常會有不同的外裝配形狀和尺寸，如不同的安裝高度、不同的法蘭小徑和附帶不同長度的浮子桿，同時也因為整車只朝一個方向行駛，所以燃油泵支架總成的安裝還要符合整車的行車方向要求。

2 燃油泵支架總成對振動試驗的要求和實現方法

燃油泵支架總成對振動試驗的要求通常是在實驗室模擬燃油泵支架總成在整車上的實際使用工況（即安裝在整車油箱內的燃油泵支架總成隨整車在道路上行駛時，處于工作狀態的燃油泵支架總成會隨著整車受到來自粗糙路面引起的隨機振動激勵），以此考核燃油泵支架總成的結構疲勞強度（即燃油泵支架總成是否會因受到模擬實際的使用工況而失效和損壞），要求在振動試驗后目檢燃油泵支架總成所有的裝配和連接都必須處在正確的位置上，無可見損傷并通過后續的各項性能測試。

圖1 兩種不同外形的燃油泵支架總成

為了在實驗室實現燃油泵支架總成對振動試驗的要求，通常驗證該產品的振動試驗人員會采用為燃油泵支架總成設計類似于整車油箱的模擬油箱來替代整車油箱完成振動試驗（模擬油箱上安裝產品的開孔孔徑、安裝產品的安裝高度及產品的安裝方向等設計須符合燃油泵支架總成的實際安裝要求），振動試驗方法為將燃油泵支架總成安裝到模擬油箱內并加入試驗用油（為降低試驗的安全風險通常采用精致煤油），再將模擬油箱固定到振動臺上并給燃油泵支架總成加載使其處于工作狀態后運行振動臺來實現要求的隨機振動。

3 對兩種類型振動模擬油箱的描述

從以上燃油泵支架總成對振動試驗的要求和實現方法可以看出，振動模擬油箱是燃油泵支架總成振動試驗中的關鍵因素，我們設計的模擬油箱不僅要滿足油泵支架總成的安裝要求，還要滿足模擬油箱的剛性、重量輕等使用要求（模擬油箱在使用前需要進行共振檢查，并不允許在燃油泵支架總成的使用頻率范圍內有共振發生）。如果我們設計的模擬油箱不符合使用要求，不僅燃油泵支架總成模擬不到整車的實際工況，還會導致試驗重做率高和試驗成本高等一系列問題。因此作為驗證該產品的振動試驗人員，我們必須認識到設計高質量、高效率和低成本的振動模擬油箱對該振動試驗的重要性。然而要實現這個目標絕非易事，需要一個逐漸改進的過程。下面介紹筆者設計該模擬油箱的兩個主要步驟和設計的兩款模擬油箱：定制式模擬油箱和組合式模擬油箱。

3.1 對定制式模擬油箱的描述

定制式模擬油箱來源于公司初期燃油泵支架總成不大的振動試驗需求量，當時我們采用了按每個燃油泵支架總成的外形尺寸定制模擬油箱的方法，所以通常一個外形的燃油泵支架總成我們會設計一款對應尺寸的模擬油箱來滿足其安裝要求（偶爾也會采用在已有模擬油箱的基礎上通過加工配件的方法來滿足不同外形的燃油泵支架總成的安裝）。

定制式模擬油箱采用長方形結構，主要由油箱體、端蓋、墊高圈（板）和壓圈4個部件組成。有單工位（見圖2）和雙工位（見圖3）兩種，單工位的長度較短，能滿足一個帶浮子桿的燃油泵支架總成的安裝，雙工位的長度較單工位要長，能同時滿足兩個不帶浮子桿的燃油泵支架總成的安裝。

油箱體的箱底和箱壁由鋁合金澆注而成，底部兩側共有4個Φ11 mm的通孔用于模擬油箱和振動臺臺面的固定使用，箱壁上平面留有十多個M8的螺紋孔用于端蓋和油箱體的固定使用，端蓋和油箱體之間采用石棉橡膠墊片密封。

端蓋的厚度為20 mm，端蓋上設計有較大的圓孔用于安裝燃油泵支架總成使用，圓孔周圍對稱分布有6個M6的螺紋孔，用于固定壓圈使用；端蓋上平面和側面還在適當位置處對稱分布有多個M5的螺紋孔用于振動加速度傳感器的安裝使用，端蓋使用的材料為銅鋁合金。

圖2 定制式單工位模擬油箱

圖3 定制式雙工位模擬油箱

墊高圈（板）通常需要根據燃油泵支架總成的實際安裝要求加工而成，安裝在端蓋的上部或油箱內部起調節油箱安裝高度和調節開孔大小的作用。墊高圈（板）使用的材料為POM，壓圈為扁平環形結構，內圓的孔徑需符合燃油泵支架總成法蘭小徑的安裝要求，安裝在端蓋上方起將燃油泵支架總成固定在模擬油箱內的作用，壓圈使用的材料為銅鋁合金。

以上介紹的兩款定制式模擬油箱，我們在使用中逐漸發現有會導致振動試驗失敗、油箱需求量大和等待變形加工時間長等問題，再結合公司業務的發展，燃油泵支架總成振動試驗項目的不斷增多，該種形式的模擬油箱已經不再適應燃油泵支架總成振動試驗的需要，必須對其改進。

3.2 對組合式模擬油箱的描述

為了使再設計的模擬油箱不再發生以上類似的問題，也為了降低模擬油箱的制作成本，我們通過匯總定制式模擬油箱的問題，收集公司已有項目的燃油泵支架總成的外徑裝配數據，再結合振動模擬油箱的設計要素等方法，經系統考慮，設計了不需要花費太大成本就能滿足各種不同外形的燃油泵支架總成的安裝，又能滿足燃油泵支架總成振動試驗要求的組合式模擬油箱。

組合式模擬油箱（見圖4）采用圓桶形結構，在150～350 mm的高度之間共均等設計有5個高度的油箱體，每個高度的油箱均由油箱體、端蓋、支撐柱、墊高板、壓圈和轉向塊6個部件組成。

油箱體主要由底板、箱壁和法蘭組成。底板的厚度為20 mm，底板上部中間對稱分布有24個孔徑為M10、深度為17 mm的螺紋孔（該深度可確保底板不會泄漏）用于固定墊高板使用，外圈分布有8個孔徑為Φ11 mm的通孔用于模擬油箱和振動臺的固定使用；桶壁的外徑為Φ370 mm，外側對稱分布有16根支撐筋，桶壁和支撐筋的厚度均為5 mm；法蘭的厚度為10 mm，上部設計有一圈寬度為6 mm、深度為4 mm的凹槽，用于擺放密封圈（起端蓋和油箱體密封作用）使用，法蘭外側對稱分布有16個M11的通孔用于端蓋和油箱體的固定使用；桶壁外部還對稱分布有4個抓手，油箱體使用的材料為不銹鋼，采用焊接連接。

端蓋的厚度為20 mm，端蓋上設計有較大圓孔用于安裝燃油泵支架總成使用，圓孔周圍對稱分布有6個孔徑為M6、深度為17 mm的螺紋孔（該深度可確保端蓋不會泄漏）用于固定壓圈使用，圓孔的下部有大的倒角（因端蓋的厚度大于實際油箱的厚度而需要倒大角）；端蓋的中心設計有通孔用于安裝中間支撐柱使用；端蓋上平面還在合適位置處對稱分布有多個孔徑為M5、深度為10 mm的螺紋孔用于垂直方向振動時加速度傳感器的安裝使用，端蓋使用的材料為銅鋁合金。

支撐柱的兩頭帶有外螺紋，支撐柱使用的材料為鋼，安裝在油箱中心起增加端蓋剛性的作用。

墊高板均等設計有若干個高度，板上對稱分布有24個Φ11 mm的通孔用于將墊高板固定在油箱底板上使用，墊高板使用的材料為POM。

壓圈與定制式模擬油箱的壓圈一致，無任何變化。

旋轉塊為方形結構，4個側面均水平設計有孔徑為M5的螺紋孔用于加速度傳感器的安裝使用，旋轉塊中間有一個Φ11的上下通孔用于將旋轉塊固定在模擬油箱上使用，轉向塊使用的材料為綱，安裝在模擬油箱上起調節水平方向振動時加速度傳感器的方向作用。

圖4 組合式模擬油箱

圖5 組合式模擬油箱（油箱的高度為200 mm）在垂直方向的共振檢查掃頻曲線

4 對兩種模擬油箱的綜合比較

上面是對兩種模擬油箱做的簡單介紹，那么究竟哪一種模擬油箱的設計更合理，更符合燃油泵支架總成對振動試驗的使用要求呢？下面我們根據模擬油箱的設計要素對兩種模擬油箱逐一進行比較。

4.1 結構剛性和連接強度

定制式模擬油箱主要使用的材料為鋁合金，結構采用長方形，主要通過底部兩側4個Φ11的通孔和振動臺實現連接。組合式模擬油箱主要使用的材料為鋼，結構采用圓桶形，桶壁外側和中間處都有加強支撐筋，主要通過底部外圈的8個Φ11通孔和振動臺實現連接。從對兩種模擬油箱共振檢查的掃頻曲線（見圖5）來看，組合式模擬油箱在結構剛性和連接強度上優于定制式模擬油箱。

從曲線可以看出，組合式模擬油箱在油泵支架總成振動試驗使用的頻率范圍（10～1 000 Hz）內無共振發生，完全符合結構剛性和連接強度要求。

4.2 造成試驗安全隱患的風險

定制式模擬油箱的箱體采用鋁合金澆注而成，端蓋和油箱體之間采用石棉橡膠墊密封，該模擬油箱在使用中曾多次發生因箱體的澆注鋁合金密度不夠或澆注鋁合金內部有氣泡而引起的試驗用油外泄。組合式模擬油箱的油箱體使用材料為鋼板，箱體之間的連接采用焊接，端蓋和油箱體之間采用O形橡膠圈密封，因焊接的可靠性和O形橡膠密封圈的有效密封，使該模擬油箱使用至今（經過數百個燃油泵支架總成的振動試驗驗證），還未發生過一起試驗用油外泄。所以僅從這一點來看，組合式模擬油箱造成試驗安全隱患的風險遠低于定制式模擬油箱。

4.3 調節燃油泵支架總成安裝高度變化的靈活度

定制式模擬油箱的安裝高度因采用定制設計（少部分采用在原有模擬油箱的基礎上變形加工而成），所以安裝高度基本不能調節。組合式模擬油箱則因（幾乎）所有的部件都在初期已經制作完成，任何安裝高度的燃油泵支架總成都能通過選擇組合模擬油箱的部件加以組合實現安裝。所以組合式模擬油箱調節燃油泵支架總成安裝高度變化的靈活度遠優于定制式模擬油箱。

4.4 調節燃油泵支架總成法蘭大小變化的靈活度

定制式模擬油箱端蓋上用于燃油泵支架總成安裝的大孔開孔直徑因采用定制設計（少部分采用在原有端蓋的基礎上變形加工而成），所以大孔孔徑基本不能調節。組合式模擬油箱則因各種直徑開孔的端蓋都已在初期制作完成，任何法蘭小徑的燃油泵支架總成都能通過選擇合適開孔孔徑的端蓋實現安裝。所以組合式模擬油箱調節燃油泵支架總成法蘭小徑變化的靈活度遠優于定制式模擬油箱。

4.5 滿足浮子桿長度變化的設計

定制式模擬油箱有單工位和雙工位兩種，因結構采用長方形和不大的內部空間，使單工位模擬油箱的內面積僅能滿足一個帶任意長度浮子桿的燃油泵支架總成的安裝；雙工位模擬油箱雖能同時滿足兩個燃油泵支架總成的安裝，但也因內部空間不足，使兩個燃油泵支架總成都不能攜帶浮子桿。組合式模擬油箱因采用圓桶形結構，桶內空間足以容納兩個帶任意長度浮子桿的燃油泵支架總成的安裝。所以組合式模擬油箱在滿足浮子桿長度變化的設計方面優于定制式模擬油箱。

4.6 調節燃油泵支架總成行車方向變化的靈活度

定制式單工位模擬油箱因內部空間不足，使安裝在內的燃油泵支架總成只能朝著油箱的一個方向擺放；定制式雙工位模擬油箱雖能同時滿足兩個燃油泵支架總成行車方向的安裝要求，但是在兩個燃油泵支架總成都不攜帶浮子桿的前提下實現的。組合式模擬油箱因內部空間較大，使安裝在內的燃油泵支架總成調節角度的回旋余地也較大，通過調節燃油泵支架總成的角度必能實現燃油泵支架總成行車方向的安裝要求。所以組合式模擬油箱在調節燃油泵支架總成行車方向變化的靈活度方面優于定制式模擬油箱。

4.7 滿足加速度傳感器安裝位置變化的設計

對定制式模擬油箱，振動加速度傳感器可通過預留在模擬油箱外部的M5螺紋孔實現安裝，在未預留M5螺紋孔的位置只能采用膠水粘接的方法實現安裝（通常振動加速度傳感器的安裝，螺紋連接方式優于粘接連接方式）。組合式模擬油箱在垂直方向振動時加速度傳感器可通過端蓋上平面預留的M5螺紋孔實現安裝，水平方向可通過旋轉塊實現安裝，因旋轉塊可通過螺栓安裝在模擬油箱上的很多位置。所以組合式模擬油箱在滿足加速度傳感器安裝位置變化的設計方面優于定制式模擬油箱。

4.8 重量輕

定制式模擬油箱的重量約為20 kg。組合式模擬油箱（共有五個高度）的重量在40～60 kg之間，所以每個高度的組合式模擬油箱重量都重于定制式模擬油箱。

圖6 因安裝在燃油泵支架總成上的波紋管和定制式模擬油箱端蓋的下部相碰而導致的波紋管磨損

圖7 兩個不同高度的組合式模擬油箱在做振動試驗

4.9 起重的便利性

定制式模擬油箱的外部沒有抓手。組合式模擬油箱在箱壁外側對稱分布有4個抓手。所以定制式模擬油箱因重量輕而方便搬運，而組合式模擬油箱因有抓手同樣方便搬運和起重。

4.10 避免碰撞

定制式模擬油箱因內部空間較小，同時也因設計時未考慮碰撞因素，使該模擬油箱在振動試驗中曾發生燃油泵支架總成上的儲油桶和模擬油箱內壁、燃油泵支架總成上的導線、波紋管和端蓋的下部等相碰而導致的振動試驗失敗（見圖6）。組合式模擬油箱因內部空間較大、端蓋上的兩個用于安裝燃油泵支架總成的大孔位置設計合理以及安裝孔下方倒的大角，都能有效地避免燃油泵支架總成在振動試驗中發生不必要的碰撞。所以組合式模擬油箱在避免碰撞方面優于定制式模擬油箱。

4.11 制作成本和準備效率

定制式模擬油箱因采用定制設計（少部分采用在原有模擬油箱的基礎上變形加工），所以模擬油箱的制作成本會隨著燃油泵支架總成振動試驗項目的增多而增加，使總成本較高；而變形加工也會使模擬油箱的準備時間變長，通常需要2天。組合式模擬油箱因采用組合和前期制作的方法，因此除首次制作需要花費較高的成本外，后續（因不再有新的油箱需求）幾乎不需要再發生成本；而選擇部件裝配的方法也使模擬油箱的準備時間約在半小時（見圖7）。所以組合式模擬油箱無論是在制作成本還是在準備效率方面都優于定制式模擬油箱。

5 總結

通過以上對兩種模擬油箱進行的綜合比較我們可以得到這樣的結論，組合式模擬油箱除重量大于定制式模擬油箱處于劣勢外（因燃油泵支架總成振動試驗要求的隨機振動量級并不大，所以相對較重的模擬油箱不會造成振動推力不夠等影響），其他各個方面均優于定制式模擬油箱。目前組合式模擬油箱已經經過了數百個燃油泵支架總成振動試驗的驗證，從未發生過因模擬油箱的問題而導致的燃油泵支架總成的振動試驗失敗，這說明在定制式模擬油箱基礎上改進和設計出的組合式模擬油箱取得了成功，完全符合燃油泵支架總成振動試驗的使用要求，因此該模擬油箱是提高燃油泵支架總成振動試驗的試驗質量、縮短模擬油箱的準備時間和降低模擬油箱制作成本的好方法，適合在燃油泵支架總成的振動試驗中長期使用。

[1] GB/T 28046.3-2011, 道路車輛 電器及電子設備的環境條件和試驗 機械負荷[S].

[2] GB/T 2423.12-1997, 電工電子產品環境試驗 試驗方法 寬頻帶隨機振動試驗 高再現性[S].

姜震： 碩士，工程師，主要從事汽車發動機管理系統零部件的振動試驗工作。

Application of Combined Simulation Tank in the Vibration Test of Fuel Pump Bracket

JIANG Zhen, XIE Ning, GAO Wei-zhong, CHEN Zhi-xi, SHEN Biao, WANG Jian-min, GUO Ya-jun, ZHOU Cheng
（Union Automobile Electronic System Co., Ltd., Shanghai 201112）

This paper introduces the application of combined simulation tank in the vibration test of fuel pump bracket. Through the comparisons of customized simulation tank and combined simulation tank, and the practical cases, it comes to the conclusion that the combined simulation tank is superior to the customized simulation tank, and it completely meets the demands of vibration test for the fuel pump bracket.

simulation tank; fuel pump bracket; vibration test

R852.25

A

1004-7204（2015）04-0006-06