某柴油機冷啟動機油泵異響的分析與優(yōu)化

李 昌

（安徽江淮汽車集團股份有限公司發(fā)動機分公司，安徽 合肥 230601）

1 引言

機油泵是潤滑系統(tǒng)重要組成部件，該部件為系統(tǒng)動力部件，保證為系統(tǒng)提供足量足壓的潤滑油[1]。轉(zhuǎn)子式機油泵因為其結構緊湊、質(zhì)量輕等特點，在車輛發(fā)動機中應用較多[2]。轉(zhuǎn)子式機油泵由內(nèi)外轉(zhuǎn)子、泵體、泵蓋組成[3]，根據(jù)機油泵的結構建立機油泵流場分析模型，進行流場分析，對機油泵展開研究[4]。

本文針對試驗過程中出現(xiàn)的異響問題，建立機油泵及集濾器模型進行分析，確定異響機理，然后提出優(yōu)化方案并對優(yōu)化方案進行分析確定優(yōu)化效果，最后在環(huán)境艙中進行冷啟動試驗驗證優(yōu)化方案實際效果。

2 機油泵異響機理確認

試驗車輛在冬季標定冷啟動過程中出現(xiàn)較長時間的異響問題，通過對噪音進行監(jiān)測，得到車輛主要噪音如圖1所示。主要噪音源為機油泵階次噪音、打氣泵驅(qū)動階次噪音和正時驅(qū)動階次噪音。

圖1 車輛噪音類型

根據(jù)噪音類型及噪音種類初步判斷車輛異響原因為冷啟動過程中系統(tǒng)供油不足，導致運動部件出現(xiàn)異響。所以對機油泵及集濾器進行建模分析，確定其流場分布情況。

首先建立機油泵分析模型，進行額定工況分析，得到機油泵流場壓力分布情況，圖2為機油泵流場壓力分布結果，對轉(zhuǎn)子區(qū)域壓力場進行提取放大，結果如圖所示，根據(jù)轉(zhuǎn)子區(qū)域壓力云圖變化可知，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中，存在一個短暫的壓力較低時刻，區(qū)域1為進口低壓區(qū)域，區(qū)域3為高壓出口區(qū)域，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到圖中時刻時，區(qū)域2與高低壓區(qū)域的連接不完全，所以壓力較低，該壓力不利于機油泵液體平順流動，需要對泵腔結構進行優(yōu)化。

圖2 機油泵壓力場分布

然后建立集濾器模型，該模型包括集濾器濾網(wǎng)、泵前所有管路和部分油底殼模型，進行額定工況下的分析，定義進出口邊界計算，得到壓力場分布如圖3所示，監(jiān)測進出口壓力得到額定工況下集濾器壓損為20.6kPa，即額定工況下機油泵泵前負壓為-20.6kPa，該負壓較大不利于機油泵低溫環(huán)境下泵油，所以需要對集濾器結構進行優(yōu)化以降低泵前負壓。

圖3 集濾器壓力場分布

3 優(yōu)化方案分析及驗證

圖4 機油泵結構優(yōu)化

確定車輛冷啟動過程中出現(xiàn)的異響原因，對機油泵泵腔及集濾器結構進行優(yōu)化。機油泵具體優(yōu)化方案如圖4所示，將原方案高壓腔較窄的卸荷槽優(yōu)化為和泵腔寬度一樣的結構，同時增加卸荷槽的長度。然后對優(yōu)化方案進行相同工況下的機油泵流場分析，具體結果如圖5所示，根據(jù)轉(zhuǎn)子區(qū)域壓力場分布可知，轉(zhuǎn)子區(qū)域內(nèi)壓力過渡平緩，沒有出現(xiàn)壓力異常波動點。

圖5 優(yōu)化方案轉(zhuǎn)子區(qū)域壓力圖

然后對集濾器進行優(yōu)化，主要是將管徑由20mm增加到23mm，優(yōu)化集濾器濾網(wǎng)由0.55mm增加至1.25mm，優(yōu)化管路走向，增加彎角轉(zhuǎn)角直徑。然后進行分析得到集濾器壓力場如圖6所示，通過監(jiān)測進出口壓力計算得到泵腔負壓為8.6kPa，壓力降低明顯，且小于壓力限值。

圖6 集濾器優(yōu)化方案壓力場分布

最后制作機油泵及集濾器快件，在低溫環(huán)境艙中進行冷啟動試驗，監(jiān)測噪音數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可知噪音持續(xù)時間明顯縮短。另外根據(jù)噪音頻譜圖可知之前機械部件的異響均消除，只有輕微的次同步噪聲。

4 小結

基于某柴油機低溫冷啟動過程中出現(xiàn)的機油泵異響問題展開研究，分別進行機油泵分析及集濾器分析，確定低溫工況下異響機理，然后確定優(yōu)化方案并對優(yōu)化方案進行分析，確定優(yōu)化效果，最后進行低溫環(huán)境艙試驗，驗證最終優(yōu)化效果。根據(jù)優(yōu)化效果可知，優(yōu)化方案對縮短異響試驗及消除異響效果明顯，說明機油泵及集濾器優(yōu)化方案有效。