基于某變排量葉片泵的轉(zhuǎn)子角度對噪音影響的研究

劉鐵飛 李文 王炯 田清

摘要：變排量葉片泵是當(dāng)前乘用車發(fā)動機最為常見的機油泵結(jié)構(gòu)形式，其轉(zhuǎn)子的角度分布直接影響內(nèi)部的油壓波動，形成困油現(xiàn)象，從而產(chǎn)生噪音。通過對轉(zhuǎn)子角度試驗測試，為類似結(jié)構(gòu)的噪音優(yōu)化提供參考。

Abstract： The variable displacement vane pump， as the most common type of oil pump structure on the passenger engine.The Angle distribution of its rotor directly affects the internal oil pressure fluctuation， resulting in trapped oil phenomenon， which will result in noise. Verifications are carried out on the difference angle distribution of rotor in noise test lab. This could provide reference for noise optimization of similar structures.

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子角度;噪音;葉片泵

Key words： angle distribution of rotor;noise;vane pump

中圖分類號：TH137? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）11-0015-03

0? 引言

汽車工業(yè)技術(shù)的不斷進步，用戶對汽車結(jié)構(gòu)與功能的認(rèn)知的深入，對汽車舒適性的要求和社會環(huán)保意識的加強，使得車輛NVH性能成為影響車輛舒適型的主要因素。機油泵作為發(fā)動機的核心運動零部件之一，階次噪音是最常見的噪音類型，也是比較容易主觀評價的噪音類型，階次噪音較大時可以聽到明顯的嘯叫聲，直接影響發(fā)動機及汽車的聲學(xué)品質(zhì)，特別是在怠速階段的噪音表現(xiàn)尤為關(guān)注。

隨著節(jié)能減排的要求日益嚴(yán)格，變排量葉片泵是現(xiàn)階段乘用車發(fā)動機最為常見的油泵結(jié)構(gòu)形式，轉(zhuǎn)子作為變排量葉片泵一個重要零部件，起到旋轉(zhuǎn)帶動葉片及與葉片、滑塊等一起分隔成不同的容腔的作用。若分隔腔的角度不同會對內(nèi)部的壓力場的分布，油壓波動及“困油”現(xiàn)象有著不同影響，從而影響噪音的表現(xiàn)。所以，本文基于某變排量葉片泵對不同轉(zhuǎn)子角度的分布的噪音情況進行了試驗研究。

1? 變排量葉片泵結(jié)構(gòu)

某變排量葉片泵主體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由泵體、泵蓋、轉(zhuǎn)子、滑塊、旋轉(zhuǎn)銷、葉片、滑塊彈簧、驅(qū)動軸、帶輪等零件組成。該變排量葉片泵通過帶輪傳動實現(xiàn)運轉(zhuǎn)，驅(qū)動軸帶動轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)，葉片在轉(zhuǎn)子槽中與滑塊、泵體、泵蓋分隔為七個工作腔，各腔的角度大小由轉(zhuǎn)子槽的分布角度決定的，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈，則泵油七次。每一次泵油都有一次油液脈動，轉(zhuǎn)子槽角度分布不同會導(dǎo)致油液的封油的關(guān)閉，釋放的不同，產(chǎn)生不同的油液脈動。

2? 轉(zhuǎn)子角度的分布類型

本文選擇了五種不同角度分布的七葉片轉(zhuǎn)子進行分析研究，角度分布分別是：①對角相補布局：（51°-49°-54°-51°-52°-54°-49°）;②遞增布局：（51.5°-53.5°-55.5°-57°-45.5°-47.5°-49.5°）;③對稱相等布局：（46.4°-46.4°-46.4°-51.6°-56.4°-56.4°-56.4°）;④對稱遞增布局：（49°-52.5°-53°-53°-52.5°-49°-51°）;⑤等分布局：（51.4°-51.4°-51.4°-51.4°-51.4°-51.4°-51.6°）。參見圖2所示。

3? Pumplinx模擬分析

通過對模型的流體域提取，參見圖3分析流體域模型，采用PumplinxVer02進行CFD分析。分析邊界條件為，油泵怠速750rpm，出口壓力150kPa，0W20介質(zhì)，140℃情況下，出油泵出油口截面的流體的壓力波動參見圖4所示，表1為泵出口壓力波動峰值從圖4中提取的泵出口的壓力波動極值和波動幅值。從分析的結(jié)果可以看出方案4#對稱遞增布局波動最小，其后依次是5#，1#，3#，2#。

4? 試驗驗證

在同一臺油泵上進行轉(zhuǎn)子的互換實驗，對噪音水平的進行試驗測試。在半消音噪音試驗室，距離油泵表面1m位置的左側(cè)、前方、右側(cè)和上方，四個方位布置麥克風(fēng)采集噪音值，采樣頻率為25600Hz，測試工況：油液介質(zhì)為5W30，100℃油泵轉(zhuǎn)速750rpm，出口油壓150kPa，設(shè)置出油口到反饋油口的阻尼為50kPa，固定測試臺架阻尼閥門。其穩(wěn)態(tài)Overall噪音如表2所示。

其中LpA- 為多點平均聲壓級，，式中：n-為測點數(shù)量，Lpi-為第i個點的A計權(quán)聲壓級。從四個方位上的噪音值看，各方案略有差異，在多點平均聲壓級可以看出，方案1對角相補布局為最佳，其后依次是方案5，4，2，3。

在持續(xù)加速噪音測試工況是油泵轉(zhuǎn)速從750rpm升速到5500rpm，升速時間為120s，在3138rpm時油泵通過電磁閥的通斷電，從低壓模式切換為高壓模式，其前方的加速噪聲ColorMap圖如圖5所示。可以看出各測試轉(zhuǎn)子角度方案的葉片數(shù)的7階，14階，21階及28階的相關(guān)階次噪聲較為突出，也可從Colormap圖中可看出，不同的角度分布影響了階次特性。

在前方的持續(xù)加速過程中的Overall的噪聲測試結(jié)果，從圖6可以看出，方案1對角相補布局的Overall噪音稍優(yōu)于其他方案。

5? 總結(jié)

本文通過對轉(zhuǎn)子不同的角度試驗驗證測試，對壓力波動進行了仿真分析及對Overall噪音及階次噪音進行了試驗測試，基于同樣的條件下，方案1對角相補的轉(zhuǎn)子噪音為最優(yōu)，方案4對稱遞增布局的壓力波動為最優(yōu)。通過仿真及試驗測試識別了轉(zhuǎn)子的不同角度分布對壓力波動及噪音的影響，為類似結(jié)構(gòu)的噪音優(yōu)化及轉(zhuǎn)子角度設(shè)計提供參考借鑒。值得一提的是，本次研究測試是基于泵體蓋上同樣的封油角度進行的，不同的封油角度對應(yīng)不同轉(zhuǎn)子分布角度對NVH的影響有待后續(xù)進一步研究。

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