歐力郡，陸榮榮，陳懷望

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

前言

真空泵在汽車上的應(yīng)用，最早來(lái)源于制動(dòng)系統(tǒng)的要求，特別是車輛總重低于5噸的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)車輛。因整體布置和發(fā)動(dòng)機(jī)的限制，不能合理配置壓氣機(jī)等其它助力裝置，這樣就造成剎車力大，舒適性低的缺點(diǎn)。于是就需要其它助力系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)。

真空泵體積小，可靠性高，布置方便，對(duì)整車幾乎不做任何改動(dòng)，這樣真空泵就在整車得到了應(yīng)用。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，真空泵作為一種動(dòng)力源，在汽車上的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，真空泵是真空系統(tǒng)的真空來(lái)源，在發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣管真空不足或沒(méi)有真空時(shí)，為汽車的某些部件提供真空，如真空制動(dòng)助力器等。如果真空泵抽真空能力不足，會(huì)使得連續(xù)制動(dòng)時(shí)費(fèi)力，產(chǎn)品流向市場(chǎng)會(huì)影響品牌形象，降低客戶使用滿意度。

本文主要針對(duì)某柴油機(jī)真空泵抽真空能力不足的問(wèn)題，通過(guò)真空泵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高真空泵性能。

1 真空泵簡(jiǎn)介

1.1 現(xiàn)狀描述

某整車項(xiàng)目開(kāi)發(fā)階段，發(fā)現(xiàn)存在連續(xù)制動(dòng)費(fèi)力的問(wèn)題，經(jīng)排查，導(dǎo)致連續(xù)制動(dòng)費(fèi)力的原因?yàn)檎婵毡眯阅懿蛔恪?/p>

1.2 單葉片式真空泵簡(jiǎn)介

本文中所述真空泵為單葉片式真空泵，驅(qū)動(dòng)扭矩通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸和真空泵連接器來(lái)使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)單葉片沿著真空泵容腔的輪廓，并以容腔的偏心位置進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。單葉片的上下分為兩個(gè)容腔，上側(cè)為真空腔，隨著單葉片的旋轉(zhuǎn)其容腔的容積越來(lái)越大，從而產(chǎn)生真空度同時(shí)通過(guò)與真空助力器相連接并帶有單向閥的進(jìn)氣口使真空助力器增加真空度，下腔為壓縮腔，隨著單葉片的旋轉(zhuǎn)其容腔的容積越來(lái)越小，將潤(rùn)滑油和從真空助力器中抽取的空氣壓縮到發(fā)動(dòng)機(jī)。

1.3 性能測(cè)試方法及目前性能

發(fā)動(dòng)機(jī)熱機(jī)一段時(shí)間后熄火，踩剎車將真空助力器內(nèi)真空消耗，直至真空度讀數(shù)為零，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)（怠速、空調(diào)壓縮機(jī)不開(kāi)）后開(kāi)始測(cè)量真空泵管內(nèi)真空度。從0kPa至80kPa，每隔10kPa記錄時(shí)間，共測(cè)試兩組數(shù)據(jù)，取平均值。

用以上測(cè)試方案，共取3個(gè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化前的真空泵樣件，進(jìn)行抽真空能力測(cè)試測(cè)試，表1為這3個(gè)真空泵達(dá)到66.7KPa（2/3個(gè)大氣壓力）的真空度及達(dá)到80KPa的真空度所需要的時(shí)間。

可看出結(jié)構(gòu)優(yōu)化前真空泵到達(dá)66.7KPa真空度需要的時(shí)間在11S以上，到達(dá)80KPa的真空度需要的時(shí)間在20s以上。

表1 優(yōu)化前到達(dá)特定真空度所需要的時(shí)間

2 優(yōu)化分析

經(jīng)真空泵拆解發(fā)現(xiàn)，由于泵腔體比轉(zhuǎn)子直徑大的多，所以在此處形成的密封面極小，幾乎是線密封，密封效果不能很好的保證。從而會(huì)使得真空腔中的真空度提高較慢。同時(shí)，泵腔與轉(zhuǎn)子之間的密封間隙受螺釘孔大小及位置度影響較大，裝配時(shí)此處間隙有可能會(huì)放大，進(jìn)一步降低密封效果。

圖1 真空泵結(jié)構(gòu)示意圖

通過(guò)以上的分析，確定真空泵性能相比不足的主要原因?yàn)椋罕们粌?nèi)部進(jìn)、排氣腔室密封不良，相互串氣。具體問(wèn)題點(diǎn)總結(jié)如下：

A泵腔型線為圓滑橢圓，與轉(zhuǎn)子間隙油密封為線密封，泵腔內(nèi)部壓力太大，線密封密封效果不理想，真空泵運(yùn)行時(shí)吸氣腔室和排氣腔室相貫通，抽氣效率降低；

B泵蓋位置度過(guò)大導(dǎo)致泵腔壁與轉(zhuǎn)子間隙變化太大，引起泵腔壁與轉(zhuǎn)子間隙處密封不良。放大低溫放熱的曲線可看到，噴油提前角越大，放熱率曲線提前了。但是當(dāng)噴油提前角進(jìn)一步提前時(shí)，放熱又會(huì)推遲，這是因?yàn)閲娪吞崆敖呛艽髸r(shí)，缸內(nèi)混合氣更加均勻使得柴油稀薄的分布在缸內(nèi)，減少了活性高的區(qū)域。

3 整改措施

如圖2所示，在泵腔中增加一小段與轉(zhuǎn)子等大的圓弧，改變泵腔局部型線，同時(shí)移動(dòng)轉(zhuǎn)子的偏心距，使轉(zhuǎn)子能夠與泵腔密封面良好貼合，增強(qiáng)密封效果。為保證泵腔與轉(zhuǎn)子的配合間隙不會(huì)因裝配發(fā)生變化，在泵體和泵蓋相應(yīng)位置增加定位銷。具體改進(jìn)方案總結(jié)如下：

A 針對(duì)“泵腔型線為圓滑橢圓，與轉(zhuǎn)子間隙油密封為線密封，泵腔內(nèi)部壓力太大，線密封密封效果不理想，真空泵運(yùn)行時(shí)吸氣腔室和排氣腔室相貫通，抽氣效率降低”問(wèn)題點(diǎn)改進(jìn)方案：更改泵腔局部線型，使轉(zhuǎn)子與泵腔壁的線密封優(yōu)化為面密封形式，增強(qiáng)密封能力，減輕泵腔進(jìn)、排氣腔室串氣情況。

圖2 真空泵型線形狀優(yōu)化示意圖

B針對(duì)“泵蓋位置度過(guò)大導(dǎo)致泵腔壁與轉(zhuǎn)子間隙變化太大，引起泵腔壁與轉(zhuǎn)子間隙處密封不良”問(wèn)題點(diǎn)改進(jìn)方案：在泵蓋和泵體適宜位置增加定位銷進(jìn)行精定位，從而提高配合精度。

綜上所述，為使優(yōu)化該真空泵性能，采取以下措施：

1）改變泵腔內(nèi)部進(jìn)排氣腔室密封結(jié)構(gòu)，消除相互竄氣的情況，從而減少壓力建立時(shí)間；

2）在泵蓋和泵體適宜位置增加定位銷進(jìn)行精定位，提高配合精度，減少壓力損失，縮短壓力建立時(shí)間。

4 方案驗(yàn)證

4.1 整改件測(cè)試

確定整改方案后，對(duì)整改件進(jìn)行了測(cè)試，并在整車進(jìn)行了驗(yàn)證工作，整改后的真空泵的抽真空性能效果良好。

表2 整改件測(cè)試結(jié)果

從表中可看出，兩個(gè)件達(dá)到66.7Kpa的真空度時(shí)所用的時(shí)間在5s左右，達(dá)到80Kpa的真空度所需時(shí)間均不超過(guò)10s。

4.1 整車試驗(yàn)

整改件經(jīng)400小時(shí)耐久試驗(yàn)后，對(duì)其性能在整車上進(jìn)行測(cè)試，進(jìn)一步確定其提升效果。試驗(yàn)結(jié)果如下表：

表3 整車測(cè)試結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果看出，達(dá)到66.7Kpa的真空度時(shí)所用的平均時(shí)間縮短到 7.53s，達(dá)到 80Kpa的真空度所需的平均時(shí)間為11.535s，改進(jìn)效果明顯。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)拆解分析，找出真空泵性能不足的原因?yàn)檎婵毡们粌?nèi)部進(jìn)、排氣腔室密封不良，相互串氣，影響真空泵抽真空能力，從而導(dǎo)致真空泵性能不足。并通過(guò)相應(yīng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提升真空泵性能，使整車連續(xù)制動(dòng)性能得以提高。