車用新型高效節(jié)能汽油泵總成的開(kāi)發(fā)

王躍進(jìn),姜振獻(xiàn)

(1.廣州城建職業(yè)學(xué)院，廣東廣州 510925；2.廣州競(jìng)標(biāo)汽車零件制造有限公司，廣東廣州 510876)

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車用新型高效節(jié)能汽油泵總成的開(kāi)發(fā)

王躍進(jìn)1,姜振獻(xiàn)2

(1.廣州城建職業(yè)學(xué)院，廣東廣州 510925；2.廣州競(jìng)標(biāo)汽車零件制造有限公司，廣東廣州 510876)

摘要：汽油泵是汽車燃油噴射系統(tǒng)中的核心動(dòng)力部件。它承擔(dān)著把燃油吸出、加壓并輸送到氣缸供之燃燒的重任。其工作性能和質(zhì)量可靠性直接關(guān)系著發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀況，并進(jìn)而影響到整個(gè)汽車的行駛性能。但這項(xiàng)高科技產(chǎn)品由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件制造精度高、材料和工藝加工要求嚴(yán)格等，多年來(lái)一直為歐美國(guó)家所壟斷。文中論述了一種在驅(qū)動(dòng)電機(jī)中采用不對(duì)稱定子來(lái)降低油泵脈動(dòng)和沖擊、提高能量轉(zhuǎn)換率的新型汽油泵。該產(chǎn)品經(jīng)一汽、比亞迪等使用后已逐步替代進(jìn)口產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：汽車；高效節(jié)能；汽油泵

0引言

自1886年汽車誕生以來(lái)，作為現(xiàn)代工業(yè)化的龍頭，汽車百年來(lái)的發(fā)展一直深刻影響著人類文明的進(jìn)程，汽車產(chǎn)業(yè)的規(guī)模在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中越來(lái)越起著舉足輕重的地位。作為汽車重要部件的燃油供給系統(tǒng),也經(jīng)歷了由最初依靠虹吸作用的機(jī)械式化油器到現(xiàn)代自動(dòng)控制電噴燃油噴射系統(tǒng)的嬗變。

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，汽車上采用的電子控制燃油噴射系統(tǒng)(Electronic Fuel Injection，簡(jiǎn)稱電噴)不但早已取代了傳統(tǒng)化油器的供油裝置，而且在減少發(fā)動(dòng)機(jī)排放、省油、環(huán)保等方面日益發(fā)揮著越來(lái)越巨大的作用。而在EFI中，汽油泵是其核心的動(dòng)力噴油部件。其作用是把燃油從油箱中吸出，經(jīng)濾清器過(guò)濾后通過(guò)管路輸送到發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)，再與空氣混合燃燒產(chǎn)生強(qiáng)大氣流，推動(dòng)活塞工作。

目前轎車供油系統(tǒng)中大多數(shù)應(yīng)用的葉輪式電動(dòng)燃油泵是把油量浮子、指示裝置、過(guò)濾網(wǎng)等附件組裝成一套總成后，整體安裝在汽油箱內(nèi)。為保證發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工況下瞬息萬(wàn)變的燃燒效果和節(jié)能、霧化效果，電動(dòng)燃油泵要求輸出的壓力要高、流量要大，反應(yīng)要靈敏。同時(shí)它作為典型的機(jī)電一體化高科技環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、零部件制造精度高、材料和工藝加工難，因此多年來(lái)這一產(chǎn)品一直被國(guó)外廠家所壟斷。如美國(guó)德?tīng)柛?Delphi)、德國(guó)Bosch和VDO、日本豐田TCR等已有幾十年的燃油泵制造歷史，其設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和工藝都比較成熟，性能檢測(cè)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)完善，品種、規(guī)格齊全，但價(jià)格昂貴，主要的還是其性能參數(shù)與他們汽車的電噴系統(tǒng)相配套。而我國(guó)花費(fèi)大量外匯進(jìn)口的油泵，并不能與國(guó)產(chǎn)車型相匹配。這不僅造成資金的大量浪費(fèi)，還使我國(guó)的車型開(kāi)發(fā)被迫靠近國(guó)外的汽車標(biāo)準(zhǔn)，延緩和拖慢了自主品牌創(chuàng)新的步伐。

1EFI中汽油泵的作用

20世紀(jì)60年代起，隨著全球汽車數(shù)量的增多，汽車廢氣排放與燃油消耗日益嚴(yán)重，迫使人們尋找一種減少污染、節(jié)約燃料的新技術(shù)去取代幾十年來(lái)經(jīng)多次改進(jìn)已無(wú)計(jì)可施的化油器。 1967年，德國(guó)Bosch公司研制的D型電子控制汽油噴射裝置(即EFI，見(jiàn)圖1)，恰好實(shí)現(xiàn)了人們的這一理想。

EFI是以進(jìn)氣空氣參數(shù)和汽車運(yùn)轉(zhuǎn)工況為依據(jù)，經(jīng)電腦計(jì)算后確定出相應(yīng)的汽油噴油量和時(shí)間，以確保氣缸內(nèi)的可燃混合氣充分燃燒，使廢氣污染和油耗降到最低，并顯著增加發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。

在EFI中，電動(dòng)汽油泵是其中一個(gè)重要的燃油供給部件。它需要根據(jù)電腦的指令，隨時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸提供不同流量和壓力的汽油。在汽車上電動(dòng)汽油泵通常和油量指示器、法蘭連接件、儲(chǔ)油筒等一起組成燃油泵總成裝浸在汽車油箱中以減少噪聲和泄漏。其內(nèi)部則主要由泵體和直流電機(jī)所組成(圖2)。直流電機(jī)通電時(shí)帶動(dòng)泵體旋轉(zhuǎn)，泵體將燃油從進(jìn)油口吸入，經(jīng)過(guò)油泵內(nèi)部加壓后向燃油系統(tǒng)供油。因此直流電機(jī)作為動(dòng)力部件對(duì)汽油泵的流量和壓力的產(chǎn)生有著至關(guān)重要的作用。

2高效節(jié)能汽油泵的開(kāi)發(fā)意義

電動(dòng)汽油泵的結(jié)構(gòu)不同，對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的影響也各異。汽車排量、車體構(gòu)造、安裝空間、發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒方式等對(duì)汽油泵的流量、壓力、電流、電壓、噪聲等方面要求相差很大。一般來(lái)說(shuō)，齒輪泵流量大壓力高，但體積龐大；柱塞泵壓力高但噪聲也高，在高檔轎車上使用就不合適；葉片泵體積小流量高但制造困難，沒(méi)有高精度加工中心生產(chǎn)不了，況且出故障后，維修精度也難以達(dá)到原來(lái)要求。因此在轎車上常常采用的葉輪泵雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、體積也較小，但相對(duì)汽油流量、壓力、電流、能量轉(zhuǎn)換效率卻無(wú)法滿足汽車在超車、過(guò)載、加速等特殊工況下的綜合性能要求。這也成為多年來(lái)困擾中國(guó)汽車燃油泵行業(yè)的主要問(wèn)題，致使國(guó)內(nèi)大部分外資、合資企業(yè)甚至自主品牌汽車廠每年都要花費(fèi)大量資金從國(guó)外進(jìn)口汽油泵。

3汽油泵的改進(jìn)與完善

針對(duì)上述情況，某公司開(kāi)展了數(shù)年的研究和實(shí)踐，自主研制開(kāi)發(fā)了“新型高效節(jié)能汽車電噴燃油泵總成”。 該項(xiàng)目主要通過(guò)對(duì)汽油泵電機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，改善了油泵的流量、壓力、電流、噪聲等綜合性能，提高油泵的能量轉(zhuǎn)換效率，從而達(dá)到高效節(jié)能的目的。

此項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)是采用了“不對(duì)稱定子結(jié)構(gòu)”。即將燃油泵內(nèi)直流電機(jī)的磁瓦由傳統(tǒng)的等厚定子改為與磁感應(yīng)強(qiáng)度曲線相一致的不等厚結(jié)構(gòu)，把兩側(cè)邊的轉(zhuǎn)子切入側(cè)邊磨薄，使之小于磁瓦的中部厚度(見(jiàn)圖3)，這樣在轉(zhuǎn)子剛進(jìn)入定子、磁力強(qiáng)度較小時(shí)，減少轉(zhuǎn)子的換向阻力，改善了油泵的脈動(dòng)和沖擊，提高了傳動(dòng)效率、穩(wěn)定性以及使噪聲降低。

多次試驗(yàn)表明：當(dāng)磁瓦一側(cè)減料1.5 mm時(shí)，其效果達(dá)到最佳。表1是電機(jī)定子結(jié)構(gòu)改進(jìn)后油泵流量的測(cè)試結(jié)果，數(shù)據(jù)表明在同等電壓、電流條件下，油泵流量傳動(dòng)效率提高了約15%以上。

4結(jié)論

改進(jìn)后汽油泵總成經(jīng)機(jī)械工業(yè)汽車零部件產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心檢測(cè)，增強(qiáng)了磁瓦剩磁和矯頑力，提高了油泵傳動(dòng)效率和減少了噪聲，并使能耗下降10%左右。同時(shí)流量和壓力的提高，進(jìn)一步減少了汽油燃燒時(shí)產(chǎn)生的有害排放物。該公司生產(chǎn)的該項(xiàng)產(chǎn)品已取得多項(xiàng)專利，其成果獲得廣州市2014年科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)(成果編碼：GK13205 )。從一汽轎車股份有限公司和比亞迪汽車配套2年多的實(shí)踐來(lái)看，主要的兩項(xiàng)性能參數(shù)——電流和流量性能達(dá)到原有的進(jìn)口國(guó)外產(chǎn)品技術(shù)參考指標(biāo)。表2是這兩項(xiàng)參數(shù)的對(duì)比。

目前這項(xiàng)技術(shù)存在的問(wèn)題是：(1)磁瓦加工難度增加，生產(chǎn)成本會(huì)有所提高；(2)磁瓦雙邊磨薄對(duì)油泵性能的改善還有待于下一步的驗(yàn)證。

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Development of the New Efficient and Energy-saving Automotive EFP

WANG Yuejin1, JIANG Zhenxian2

(1.Guangzhou City Construction College,Guangzhou Guangdong 510925,China;2.Guangzhou CAMPIU Automobile Parts Co., Ltd,Guangzhou Guangdong 510876,China)

Keywords:Automobile; Efficient and energy-saving; Fuel pump

Abstract:The electric fuel pump (EFP) is an important dynamical component of automotive electric fuel injection (EFI) system. It is used in engines with task of fuel injection to pump fuel from the gas tank into the engine cylinder with pressure. Its working performance, quality and reliablity are directly related to operation status of the engine, and further influences the driving performance of the automobile. But due to the high tech product having complicated structure, high precision in manufacturing of parts, strict requirement in material and machining technology, it is always monopolized by America and Europe countries for many years. A new asymmetric magnetic tile structure of stator used for driving motor in automobile fuel pump with efficient and energy-saving and reducing shock and pulsation was discussed. After application of the product in FAW and BYD, import products are replaced gradually.

收稿日期：2015-12-15

作者簡(jiǎn)介：王躍進(jìn)(1958—)，男，碩士研究生，高級(jí)工程師，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)會(huì)員，研究方向?yàn)槠嚢l(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。E-mial：675424620@qq.com。

中圖分類號(hào):U464.136+.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1986(2016)03-040-03