汽車發動機機油泵的綜合性能評價

杜東亮

摘 要：機油泵的作用在于將油底殼里的機油經過增壓之后向機油過濾器和潤滑油道進行輸送。結合潤滑發動機的主要部位來濾清機油。發動機在工作過程中，機油泵是不斷運行的，足夠的潤滑油必不可少。為了確保汽車發動機機油泵的設計水平，該文主要分析了機油泵的幾項主要性能指標，針對不同類型機油泵特點進行了分析，希望可以讓更多人對機油泵這一部位有所了解。

關鍵詞：汽車工程;機油泵;排量;容積效率

中圖分類號：U46? ? ? ? 文獻標志碼：A

機油泵直接決定了汽車發動機內的潤滑系統是否能夠正常工作，其最早出現在20世紀20年代的論文中，之后很多汽車公司都開始從系統的角度來研究汽車機油泵，汽車機油泵具有多種性能參數，排量、壓力波動、容積等共同構成了一個參數體系。機油泵設備選型會在很大程度上影響到其自身的性能，現在最為常見的機油泵類型包括內嚙合、外嚙合齒輪泵以及內嚙合白線泵和柱塞泵等，齒輪泵的設計一般會和齒形和齒數有密切的關系，近年來研究人員不斷對其進行改造，例如提高排量準確率、保證容積，取得了一定效果。

1 機油泵類型劃分

汽車所使用的機油泵都是起源于液壓泵，經過逐漸演化最終形成了現在的樣子。液壓泵包括很多類型，常見的有內、外嚙合齒輪泵，離心葉片泵、軸流柱塞泵等，如果能夠滿足排量和工作效率的需要，液壓泵是可以應用為機油泵的。

現在汽車鎖應用的機油泵大多是容積泵，但具體也可以分為內、外嚙合齒輪泵以及內嚙合白線泵。如果該發動機的要求并不高，汽車城廠商往往更加傾向于外嚙合齒輪泵，其有著制造簡單、成本低廉的優勢。但是在同等排量的情況下，外嚙合齒輪泵尺寸往往較大，所以困油問題非常明顯，一旦出現了困油，就會導致壓力波動，這也是出現振動和噪聲的重要原因。內嚙合擺線泵本身結構較為緊湊，可以有效地避免困油問題，在吸油過程中也具有較高的真空度，結構簡單，所以應用非常廣泛。現在轉子泵正在不斷推廣，已經產生了替代外嚙合齒輪泵的趨勢，現在其也已經成為機油泵供應商重點研發對象。

除此之外，由于節能環保的需求，機油泵供應商也開始了變排量機油泵的研發，變排量葉片泵和變排量轉子泵也紛紛出現，其中變排量葉片泵具有較為簡單的結構。在該領域，我國和世界先進水平相差甚遠。

2 排量壓力波動情況

正常來說，排量是指泵軸轉動一圈的同時形成的排油體積，這在整個機油泵設計當中也是最為關鍵的一項參數，但是排量的影響要素非常多，正常來說，如果出口壓力過高，就會降低排量。

現在人們對于排量這項指標是最為重視的，如果壓力波動過高，也會增加機油泵的不穩定性，非常容易出現空化問題，這給機油泵設備功能的發揮造成了很大的影響。為了有效控制壓力波動幅度，確保機油泵的壓力和流量穩定性，現在很多從事汽車開發的廠商都進行了很多改進，但實際上壓力波動無法得到根治。

在液壓傳動的過程中，泵的理論排量可以通過分析并利用經驗公式進行計算，而實際排量則可以采用臺架試驗的方式計算。現在用于測試機油泵性能的工具大多難以用于測試壓力波動，但可以結合實際情況組裝機油泵綜合測試平臺。經過一段時間的測試之后可以發現，如果轉速固定，出口壓力越大，則流量越小，轉速越高則流量越大，這也是大多數定排量機油泵的基本特征。但也正是出于這個原因，定排量泵在無法適應發動機轉速變化的情況下有不同的潤滑需求，所以其并不會由于發動機轉速變化而產生不同的潤滑油流量。

3 容積效率

通過實際流量數據可以算出實際排量，實際排量和理論排量之間的比值是機油泵容積效率。容積效率也是機油泵指標中的重要項目，可以說這項指標越高，就越接近于理論排量，所以這也是機油泵性能決定要素。機油泵工作過程中，影響容積效率的因素非常多，不僅有出口壓力，同時也有機油泵泄露問題以及流場空化問題。

空化也可以稱為汽蝕現象，如果流場當中的壓強過低，就會直接導致這些區域出現小氣泡，氣泡內是液體蒸汽，將會直接影響到液體的流暢性，這就是空化問題。空化問題廣泛地存在于各種流體機械當中，具有很大的危害，舉例來說，機油泵如果出現了空化問題，不僅會降低容積效率，同時氣泡破裂時也會產生較大的振動，出現噪聲。

其實空化問題并不能實際測量和量化，更難以從理論層面上求解，只能通過數值來模擬預測。軟件模擬已經成為其最主要的方式，但很多內容仍然有待進一步完善。

4 振動和噪聲問題

齒輪之間的間隙問題是發動機噪聲和震動產生的根本原因，但時至今日，機油泵轉子與齒輪之間的間隙問題仍然得不到有效的解決，其主要是因為在齒輪轉動中存在著沖擊荷載。為了更好地改變這一問題，提高車輛行駛的安全性、舒適性，機油泵中存在的振動與噪聲問題越來越受到業界人士的關注，另外國際標準化組織（ISO）已經提出了相關標準，液壓傳動中的噪聲級別一般規定不超過80 dB。

機油泵性能試驗是當前預防噪聲的主要手段，這種方法可以及時地檢測出機油泵振動與噪聲產生的原因，出口壓力之間的變化以及各種關系。通過最小二乘回歸方法，對機油泵的排量和間隙等參數進行了相關研究，推導出徑向間隙和軸向的泄漏量的求解方法。間隙除了會產生泄漏，降低容積效率外，也引起機油泵的振動噪聲問題。相對而言，外嚙合齒輪泵的振動和噪聲問題比較突出，對于傳統的液壓泵，目前已經有學者對外嚙合齒輪泵由于嚙合間隙產生的振動和噪聲進行了一些試驗研究。如果在機油泵出油口附近增加一穩壓閥，能大幅度地降低內嚙合擺線轉子式機油泵的噪聲和振動。另外，他們也在早期的文章中對外嚙合齒輪泵的振動和噪聲的產生機理和解決方法進行了研究。通過設置齒輪泵常見故障，探索了基于振動信號特征融合的齒輪泵故障診斷方法。

5 結語

該文結合實際情況，針對其設計中的因素和要求，從多個角度討論了機油泵的性能，例如機油泵排量、效率以及壓力波動情況，并說明了振動噪聲情況，結合現階段該領域內的研究成果總結了一系列設計和分析要點，之后集中闡述了評價指標和方法。經過研究，定排量機油泵并不能適應于現階段節能減排的需求，變排量泵的開發已經成為一個必然的趨勢;現在也可以結合空化模型來模擬油泵空化問題;機油泵振動和噪聲也經常受到壓力的波動和機械嚙合的影響，上述問題都是在設計過程中應該重點考慮的。

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