淺談CVT自動變速器葉片泵壓力脈動問題

范明林 王瑞雪 劉星 王燕妮

摘 要：CVT自動變速箱大多采用葉片泵為液壓系統提供壓力油，葉片泵壓力脈動大小直接影響了變速箱液壓系統的響應穩定性、NVH以及耐久可靠性。壓力脈動作為CVT自動變速箱油泵常見問題，本文介紹一款CVT變速箱葉片泵基本結構以及故障表現形式，并重點介紹在CVT自動變速箱中常見引起葉片泵壓力脈動超差的因素及解決方法。

關鍵詞：CVT自動變速箱 葉片泵 壓力脈動

Abstract：Most CVT automatic transmissions use vane pumps to provide pressure oil for the hydraulic system. The pressure pulsation of the vane pump directly affects the response stability， NVH and durability of the hydraulic system of the gearbox. Pressure pulsation is a common problem of CVT automatic transmission oil pump. This article introduces the basic structure and fault manifestation of a CVT transmission vane pump， and focuses on the common factors and solutions that cause pressure pulsation in CVT automatic transmission.

Key words：CVT automatic transmission， vane pump， pressure pulsation

1 前言

CVT變速箱存在高溫、高轉速和高壓力等苛刻運行工況，對葉片泵的壓力穩定性提出更高的挑戰。葉片泵的工作原理是葉片通過離心力、根部壓力頂出與定子曲線貼合，行成真空腔實現吸油壓油，其吸油順暢性以及內部組件的運行穩定性決定了葉片泵的性能穩定性。壓力脈動異常，除了油泵本身的因素，還與其使用環境、介質、裝配等因素相關。

2 葉片泵結構及安裝環境介紹

系統浸泡在油液中，油液流向：油底殼、過濾器、油泵、閥塊。

3 常見壓力脈動故障

在CVT自動變速箱中，葉片泵壓力脈動大通常會引起組件氣蝕、嘯叫異響。較差的壓力脈動表現為脈動值隨轉速升高而增大。以下是壓力脈動大引起的故障。

圖3：CVT變速箱油泵做升降速試驗，油泵脈動隨轉速升高而增大;

圖4：油泵噪音能量明顯，主觀能明顯感受到尖銳嘯叫;

圖5：拆解油泵檢查，發現壓力板三角眉出現嚴重氣蝕。

4 常見引起變速箱油泵壓力脈動異常的因素

壓力脈動異常的機理是流量不穩定，主要原因有四大塊：

一：油泵吸油能力小于負壓，無法正常吸油——流量不足;

二：油泵吸油區域油液空化，產生紊流——流量波動;

三：油液含氣量過多，油泵產生氣蝕——流量波動;

四：油液壓差過大，壓力轉換不順暢——流量突變。

1）過濾器壓降大：

當濾材精度高或者低溫油品粘度大，過濾器的壓降跟隨增大，葉片泵吸油困難，甚至吸不上油，會引起壓力脈動異常增大并伴隨嘯叫異響。通常在保證過濾效率要求下，盡量減小過濾器壓降，以保證油泵能吸油順暢。要降低過濾器壓降，可從濾材精度、過濾面積、內部流場以及油液粘度等方面考慮。

圖6為兩個過濾器的低溫壓降對比數據，通常油泵的自吸能力在30kpa左右，當選用樣品1時，由于過濾器壓降大于油泵的吸油能力，會出現吸油不充分，壓力異常波動、嘯叫等問題。樣品2過濾器壓降低于油泵自吸能力，能保證油泵充分吸油，避免吸空導致壓力異常波動、嘯叫等問題。

2）過濾器吸油間隙小：

當油底殼與過濾器進油口間隙過小時，油液進入過濾器的阻力增大，油泵吸油困難、不充分，導致壓力脈動增大，油泵嘯叫異響，應充分考慮、預留過濾器與油底殼間隙。

圖7為同一個過濾器，不同吸油間隙條件的壓降值，通過數據對比可以看出，吸油間隙越小，壓降越大。

3）油泵回油流速慢：

高轉速時，油泵流量閥打開（圖8），油泵進油量主要由過濾器進油和內部回油組成（圖9）。在高轉速工況下，過濾器進油量大，當內部回油流速慢時，需要油泵的自吸能力較強，當自吸能力不足時，會引起油泵吸油不順暢，導致壓力脈動大且伴隨嘯叫異響。需要適當增加回油流速，使回流油液帶動過濾器進油往油泵內部充油，保證油泵充分吸油。

圖8，當油泵流量閥打開后，油泵流量與轉速呈非線性關系，油泵吸油流量與出油流量呈現差值△Q，該差值為流量閥打開后的回油流量。

圖9，油泵總吸油流量=過濾器進油流量+回油流量，即Q吸=Q進+△Q。為保證油泵正常吸油，需F吸+F回≥F進，回油流速越慢，F回越小，油泵自吸能力F吸需求越大，反之回油流速越快，F回越大，油泵自吸能力F吸需求越小。

4）油孔不順暢：

油孔配合錯位、不順暢，可能引起油泵油液分配不均以及回油空化，引起吸油不順暢，導致壓力脈動增大。油道配合部位設計需要考慮裝配定位，保證油液流通順暢。

5）油品含氣量超差：

變速箱內部運動副較多，尤其是鏈輪鏈條、齒輪等浸泡在油液中（如圖10），當變速箱運轉時，對變速箱油快速攪拌，使油液含氣量增加。進入油泵的油液當含氣量較多的時候，容易產生空化氣蝕現象，導致壓力異常波動，壓力脈動增大。變速箱在設計及布置過程中，應盡量減少氣體融入油液中，同時減少氣泡進入油泵。

當空間結構無法避免攪油情況時，最常用方法是阻擋含氣量較多的油層直接進入過濾器、油泵。如圖11，在攪油結構外圍設計擋油板，使油液與氣泡分層，能有效減少含氣量較多的油液被直接甩入過濾器、油泵。此外將過濾器進油口下移，盡量減小過濾器進油口與油液氣泡層接觸，也能有效降低進入油泵的含氣量。

6）液位過低：

當變速箱處于坡度較大工況（圖12）或加油量不足時，液位可能低于過濾器進油口，導致油泵吸油不充分，壓力異常波動，并伴隨嘯叫異響。在設計及驗證過程中，應充分考慮油品極限溫度點的體積以及極限坡度液位，保證變速箱液位線始終在過濾器進油口以上（圖13）。

7）配油板油槽設計不合理：

高壓回流是造成雙作用葉片泵瞬時壓力周期性波動的重要原因。為減小葉片泵的壓力波動，針對優化高壓回流的研究有很多，其中一種方法是優化配油板上的減震槽。常見的減震槽有三角槽、三角矩形槽和U形槽。

5 結束語

油泵壓力脈動是不可避免的現象，但是為保證使用可靠性，應當盡量控制在一定的范圍。在CVT自動變速箱中，由壓力脈動引起的一系列問題屢見不鮮，為保證變速箱的可靠性，我們需要認真分析壓力脈動產生的機理，并形成有效的設計及驗證規范，盡量將問題遏制在前端，減少設計開發成本，提高品牌競爭力。