燃油泵噪音惡化問題分析及質量優化

尤惠英，張啟迪

（上海汽車集團股份有限公司技術中心，上海 200086）

引言

隨著我國經濟的快速發展，汽車保有量越來越高[1]。汽車市場正逐步走向成熟，人們對汽車的要求不僅僅停留在代步工具上，同時對汽車的品質提出了更高的要求。噪聲水平是整車品質的一個重要體現，用戶對噪聲的關注日益增加。對于燃油系統而言，油泵是整個系統最主要的噪聲發生源。

隨著發動機噪音水平的不斷提升，在乘客艙內，油泵的噪音問題就越來越凸顯出來。因此，在燃油系統開發過程中，對燃油泵的噪音控制提出了更高的要求。針對噪音問題，解決方案主要有兩個方向，一是降低噪聲源，二是優化傳遞路徑。具體方案需要結合實際問題，從成本、實施效果等綜合考慮，最終找出最優的解決方案。

油泵的主要作用是向發動機供給燃油。油泵最核心的部件是泵芯，泵芯是葉輪泵，是整個油泵最主要的噪聲源。油泵工作時葉輪高速旋轉，轉速高達數千轉[2]。葉輪高速旋轉時，噪聲的主要產生來源有兩個方面：一是轉子的不平衡，另一個是換向器換向摩擦[3]。由于油泵裝配在油箱內，且位于后排座椅下方。因此，車輛怠速時，油泵噪音的表現會直接影響后排乘客的主觀感受。油泵噪音的頻率主要集中在100至1000Hz范圍內，如果油泵工藝質量控制不當，某一低頻頻率噪聲明顯，乘客艙內的噪聲將會非常擾人[4]。因此對油泵的噪音控制顯得尤為重要。

1 某車型燃油泵噪音問題

1.1 問題描述

某車型開發過程中，在進行整車怠速NVH噪音測試時，發現一個月內前后兩次噪音測試結果呈惡化趨勢。如圖1所示，一個月前的測試結果總聲壓級為38.1dB，滿足整車VTS要求的怠速無負荷工況下，車內噪聲總聲壓級低于 39dB的要求，一個月后的測試結果總聲壓級為41.6dB，總聲壓級升高3.5dB，噪音水平超出VTS要求，主觀感受惡化明顯。

圖1 整車怠速噪音測試結果對比

1.2 原因排查

噪聲的問題通常是系統性的問題，為正確找出整車怠速噪音惡化的故障原因，首先需要找出噪聲源以及相應的傳遞路徑。從整車怠速噪音測試的頻譜圖上可以看出，怠速噪音變化主要集中在100-500Hz范圍內，而油泵轉子前三階頻率在此范圍內，因此重點排查該問題是否由油泵造成。

為了快速而直觀的排查是否是油泵的原因，將故障車輛上的油泵更換下來，進行臺架噪音測試，與油泵裝配到問題車輛之前的噪音測試結果進行對比，結果如圖2所示。

圖2 油泵臺架噪音測試結果對比

從結果看出，油泵前后臺架噪音測試總聲壓級由40.29dB變化為41.78dB，總聲壓級升高1.5dB。在此過程中，整車未更換其它零件，傳遞路徑上沒有任何零件變更，此結果表明整車怠速噪音惡化的問題可能與油泵自身相關，油泵內部可能出現異常狀況。因此將油泵泵芯拆解，作進一步故障分析，按照魚骨圖3分析，與燃油泵噪音相關的油泵分析部件如下。

圖3 油泵噪聲分析相關部件魚骨圖

1.2.1 泵芯轉子動平衡分析

燃油泵旋轉機械分為轉子和定子，對轉子而言，與噪聲相關參數是轉子的動平衡量。轉子轉動時由于質量的不平衡引起轉子振動，這是轉子產生噪聲問題的根本原因。轉子的動平衡與轉動的基頻相關，可以從油泵噪聲或振動頻譜圖上看出。轉子出廠時，動平衡 100%全檢且有檢測報告，針對該問題重點排查是否存在轉子內部有注塑缺陷，轉子浸泡油后使動平衡量增大，導致噪音明顯升高。泵芯轉子如圖4所示。

圖4 泵芯轉子

泵芯拆解后首先將轉子放置到動平衡機上，測量轉子的動平衡量，從表1的測試結果可以看出，轉子在整車上運作一定時間后，動平衡量仍在設計要求限值范圍內，結果合格。

表1 轉子動平衡量測試結果

1.2.2 泵芯支架與泵室分析

排除了轉子異常造成噪音惡化的原因后，接著查看泵芯的定子。泵芯的定子分為泵芯支架上的軸承以及泵室上的軸承，這兩個軸承均為滑動軸承，需要重點排查軸承的尺寸，即測量內徑及同軸度尺寸，即泵芯支架內徑與支架同軸度以及泵室內徑與軸承同軸度，如圖5所示。

圖5 泵芯支架與泵室

具體內徑及同軸度測試結果見表2， 結果顯示支架及軸承的內徑與同軸度均在尺寸公差范圍內，無異常現象。

表2 內徑與同軸度測試結果

1.2.3 泵芯泵蓋與葉輪分析

分析完轉子和定子的相關參數后，接下來分析葉輪。將拆解下來的泵蓋與葉輪進行放大觀察，發現泵蓋與葉輪上均有明顯的異常磨損，如圖6所示。

圖6 (a) 泵蓋異常磨損 圖6(b) 葉輪異常磨損

泵蓋及葉輪出現異常磨損，說明泵芯工作時葉輪與泵蓋之間發生了碰磨現象，需要排查泵蓋與葉輪之間的間隙，但是故障件經拆解后已無法測量此間隙。泵室和泵蓋之間的間隙是由泵芯支架裝配時壓接泵蓋的工藝決定的，因此可以通過測量泵殼上的壓接深度來判斷泵蓋與葉輪之間的間隙是否合格，如圖7所示。

圖7 泵蓋壓接點

泵蓋的壓接深度是以泵蓋底部平面為基準面，測量該平面到壓接點底部之間的距離，如圖8所示。此處設計深度h為 4.3-4.4mm，但經尺寸測量，故障件該處的實際深度為4.5mm。顯然，在泵芯裝配時，泵蓋壓接深度過大，使得泵室和泵蓋的間隙小于設計要求值，造成了泵蓋與葉輪間隙過小，從而引起泵蓋與葉輪的異常磨損，導致油泵噪音惡化。

圖8 泵蓋壓接深度

1.3 根本原因分析

通過以上的泵芯拆解分析，可以得出導致油泵噪音惡化的原因是泵芯的泵殼壓接泵蓋這一工序不合格。如果想從根本上避免該不合格項出現在產品上，就需要進一步分析該工序的詳細過程，找出根本的解決方案。

如圖9所示，泵蓋的壓接是以壓接刀具的橫向進給實現的。因為不同模腔、不同批次生產出來的泵殼及泵蓋尺寸偏差均不同，所以為了保證泵蓋的壓力深度在4.3-4.4mm的設計要求范圍內，每批次生產時均需要調整刀具與工裝基準H，調節精度為0.1mm。

圖9 泵蓋壓接過程

故障車輛上的油泵為工程樣件非批產樣件，通過對油泵樣件生產過程的排查，發現泵芯生產時未按照批產樣件進行質量控制，在泵芯裝配時，沒有根據泵蓋及泵殼的尺寸重新調節刀具與工裝基準之間的距離H，導致泵蓋壓接深度不合格品流出。油泵經過一段時間的運轉，泵殼與葉輪過度磨損，使得葉輪運轉不平穩，噪音惡化。

2 工藝質量優化

2.1 泵芯壓接深度工藝要求

找出了故障車輛上油泵噪音惡化的原因后，針對這些樣件生產過程中的不當點進行相應的工藝質量優化。在泵蓋壓接時，要求控制過程與批產樣件相一致，即泵蓋縮口打點前，必須檢查泵蓋模具模腔號，先進行試壓接，壓接后拆解泵芯用砂紙打磨確認無異常變形后才能進行此批次泵蓋壓接。

2.2 樣件生產管理過程優化

雖然泵芯生產過程中的要點已經明確，但若無相應的管控流程，仍無法保證樣件生產的一致性。因此泵芯樣件生產時需要有明確的生產指導書，現場工人根據作業指導書進行生產。產品工程師按照生產工藝中的控制要點，進行逐項確認，要求每個工序都有相對應的責任人。樣件生產后，產品工程師需對生產過程進行確認并簽字。油泵交樣時，需提供生產工藝合格的完整報告。

3 結論

油泵的噪音惡化原因分析需要詳細拆解油泵進行綜合分析，在對轉子、泵蓋、泵殼、葉輪等各個部件進行全面地分析以后，才能找到問題的真正原因，進行有針對性地更改。

本文中出現的油泵噪音惡化問題是由泵芯裝配時蓋壓接深度過大造成的，通過詳細分析泵蓋壓接的工藝過程，找出解決方法，優化泵芯生產過程中的工藝質量管控，確保無不合格油泵流出生產線。