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        汽車發(fā)動機(jī)機(jī)油泵的綜合性能評價

        2019-10-09 11:44:25杜東亮
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2019年1期

        杜東亮

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

        關(guān)鍵詞:汽車工程;機(jī)油泵;排量;容積效率

        中圖分類號:U46? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

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

        1 機(jī)油泵類型劃分

        汽車所使用的機(jī)油泵都是起源于液壓泵,經(jīng)過逐漸演化最終形成了現(xiàn)在的樣子。液壓泵包括很多類型,常見的有內(nèi)、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(yīng)用為機(jī)油泵的。

        現(xiàn)在汽車鎖應(yīng)用的機(jī)油泵大多是容積泵,但具體也可以分為內(nèi)、外嚙合齒輪泵以及內(nèi)嚙合白線泵。如果該發(fā)動機(jī)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(yōu)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(xiàn)了困油,就會導(dǎo)致壓力波動,這也是出現(xiàn)振動和噪聲的重要原因。內(nèi)嚙合擺線泵本身結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單,所以應(yīng)用非常廣泛。現(xiàn)在轉(zhuǎn)子泵正在不斷推廣,已經(jīng)產(chǎn)生了替代外嚙合齒輪泵的趨勢,現(xiàn)在其也已經(jīng)成為機(jī)油泵供應(yīng)商重點(diǎn)研發(fā)對象。

        除此之外,由于節(jié)能環(huán)保的需求,機(jī)油泵供應(yīng)商也開始了變排量機(jī)油泵的研發(fā),變排量葉片泵和變排量轉(zhuǎn)子泵也紛紛出現(xiàn),其中變排量葉片泵具有較為簡單的結(jié)構(gòu)。在該領(lǐng)域,我國和世界先進(jìn)水平相差甚遠(yuǎn)。

        2 排量壓力波動情況

        正常來說,排量是指泵軸轉(zhuǎn)動一圈的同時形成的排油體積,這在整個機(jī)油泵設(shè)計當(dāng)中也是最為關(guān)鍵的一項參數(shù),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(xiàn)在人們對于排量這項指標(biāo)是最為重視的,如果壓力波動過高,也會增加機(jī)油泵的不穩(wěn)定性,非常容易出現(xiàn)空化問題,這給機(jī)油泵設(shè)備功能的發(fā)揮造成了很大的影響。為了有效控制壓力波動幅度,確保機(jī)油泵的壓力和流量穩(wěn)定性,現(xiàn)在很多從事汽車開發(fā)的廠商都進(jìn)行了很多改進(jìn),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(jīng)驗公式進(jìn)行計算,而實際排量則可以采用臺架試驗的方式計算。現(xiàn)在用于測試機(jī)油泵性能的工具大多難以用于測試壓力波動,但可以結(jié)合實際情況組裝機(jī)油泵綜合測試平臺。經(jīng)過一段時間的測試之后可以發(fā)現(xiàn),如果轉(zhuǎn)速固定,出口壓力越大,則流量越小,轉(zhuǎn)速越高則流量越大,這也是大多數(shù)定排量機(jī)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(yīng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化的情況下有不同的潤滑需求,所以其并不會由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化而產(chǎn)生不同的潤滑油流量。

        3 容積效率

        通過實際流量數(shù)據(jù)可以算出實際排量,實際排量和理論排量之間的比值是機(jī)油泵容積效率。容積效率也是機(jī)油泵指標(biāo)中的重要項目,可以說這項指標(biāo)越高,就越接近于理論排量,所以這也是機(jī)油泵性能決定要素。機(jī)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(jī)油泵泄露問題以及流場空化問題。

        空化也可以稱為汽蝕現(xiàn)象,如果流場當(dāng)中的壓強(qiáng)過低,就會直接導(dǎo)致這些區(qū)域出現(xiàn)小氣泡,氣泡內(nèi)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??栈瘑栴}廣泛地存在于各種流體機(jī)械當(dāng)中,具有很大的危害,舉例來說,機(jī)油泵如果出現(xiàn)了空化問題,不僅會降低容積效率,同時氣泡破裂時也會產(chǎn)生較大的振動,出現(xiàn)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(shù)值來模擬預(yù)測。軟件模擬已經(jīng)成為其最主要的方式,但很多內(nèi)容仍然有待進(jìn)一步完善。

        4 振動和噪聲問題

        齒輪之間的間隙問題是發(fā)動機(jī)噪聲和震動產(chǎn)生的根本原因,但時至今日,機(jī)油泵轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jī)油泵中存在的振動與噪聲問題越來越受到業(yè)界人士的關(guān)注,另外國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)已經(jīng)提出了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),液壓傳動中的噪聲級別一般規(guī)定不超過80 dB。

        機(jī)油泵性能試驗是當(dāng)前預(yù)防噪聲的主要手段,這種方法可以及時地檢測出機(jī)油泵振動與噪聲產(chǎn)生的原因,出口壓力之間的變化以及各種關(guān)系。通過最小二乘回歸方法,對機(jī)油泵的排量和間隙等參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究,推導(dǎo)出徑向間隙和軸向的泄漏量的求解方法。間隙除了會產(chǎn)生泄漏,降低容積效率外,也引起機(jī)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(tǒng)的液壓泵,目前已經(jīng)有學(xué)者對外嚙合齒輪泵由于嚙合間隙產(chǎn)生的振動和噪聲進(jìn)行了一些試驗研究。如果在機(jī)油泵出油口附近增加一穩(wěn)壓閥,能大幅度地降低內(nèi)嚙合擺線轉(zhuǎn)子式機(jī)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(chǎn)生機(jī)理和解決方法進(jìn)行了研究。通過設(shè)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(jié)語

        該文結(jié)合實際情況,針對其設(shè)計中的因素和要求,從多個角度討論了機(jī)油泵的性能,例如機(jī)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(jié)合現(xiàn)階段該領(lǐng)域內(nèi)的研究成果總結(jié)了一系列設(shè)計和分析要點(diǎn),之后集中闡述了評價指標(biāo)和方法。經(jīng)過研究,定排量機(jī)油泵并不能適應(yīng)于現(xiàn)階段節(jié)能減排的需求,變排量泵的開發(fā)已經(jīng)成為一個必然的趨勢;現(xiàn)在也可以結(jié)合空化模型來模擬油泵空化問題;機(jī)油泵振動和噪聲也經(jīng)常受到壓力的波動和機(jī)械嚙合的影響,上述問題都是在設(shè)計過程中應(yīng)該重點(diǎn)考慮的。

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