淺談真空泵性能優化設計

歐力郡，陸榮榮，陳懷望

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

前言

真空泵在汽車上的應用，最早來源于制動系統的要求，特別是車輛總重低于5噸的柴油發動機車輛。因整體布置和發動機的限制，不能合理配置壓氣機等其它助力裝置，這樣就造成剎車力大，舒適性低的缺點。于是就需要其它助力系統來彌補這個缺點。

真空泵體積小，可靠性高，布置方便，對整車幾乎不做任何改動，這樣真空泵就在整車得到了應用。隨著汽車技術的發展，真空泵作為一種動力源，在汽車上的應用也越來越廣泛，真空泵是真空系統的真空來源，在發動機進氣管真空不足或沒有真空時，為汽車的某些部件提供真空，如真空制動助力器等。如果真空泵抽真空能力不足，會使得連續制動時費力，產品流向市場會影響品牌形象，降低客戶使用滿意度。

本文主要針對某柴油機真空泵抽真空能力不足的問題，通過真空泵結構的優化設計，提高真空泵性能。

1 真空泵簡介

1.1 現狀描述

某整車項目開發階段，發現存在連續制動費力的問題，經排查，導致連續制動費力的原因為真空泵性能不足。

1.2 單葉片式真空泵簡介

本文中所述真空泵為單葉片式真空泵，驅動扭矩通過發動機凸輪軸和真空泵連接器來使轉子旋轉，從而帶動單葉片沿著真空泵容腔的輪廓，并以容腔的偏心位置進行轉動。單葉片的上下分為兩個容腔，上側為真空腔，隨著單葉片的旋轉其容腔的容積越來越大，從而產生真空度同時通過與真空助力器相連接并帶有單向閥的進氣口使真空助力器增加真空度，下腔為壓縮腔，隨著單葉片的旋轉其容腔的容積越來越小，將潤滑油和從真空助力器中抽取的空氣壓縮到發動機。

1.3 性能測試方法及目前性能

發動機熱機一段時間后熄火，踩剎車將真空助力器內真空消耗，直至真空度讀數為零，啟動發動機（怠速、空調壓縮機不開）后開始測量真空泵管內真空度。從0kPa至80kPa，每隔10kPa記錄時間，共測試兩組數據，取平均值。

用以上測試方案，共取3個結構優化前的真空泵樣件，進行抽真空能力測試測試，表1為這3個真空泵達到66.7KPa（2/3個大氣壓力）的真空度及達到80KPa的真空度所需要的時間。

可看出結構優化前真空泵到達66.7KPa真空度需要的時間在11S以上，到達80KPa的真空度需要的時間在20s以上。

表1 優化前到達特定真空度所需要的時間

2 優化分析

經真空泵拆解發現，由于泵腔體比轉子直徑大的多，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。從而會使得真空腔中的真空度提高較慢。同時，泵腔與轉子之間的密封間隙受螺釘孔大小及位置度影響較大，裝配時此處間隙有可能會放大，進一步降低密封效果。

圖1 真空泵結構示意圖

通過以上的分析，確定真空泵性能相比不足的主要原因為：泵腔內部進、排氣腔室密封不良，相互串氣。具體問題點總結如下：

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

B泵蓋位置度過大導致泵腔壁與轉子間隙變化太大，引起泵腔壁與轉子間隙處密封不良。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。但是當噴油提前角進一步提前時，放熱又會推遲，這是因為噴油提前角很大時，缸內混合氣更加均勻使得柴油稀薄的分布在缸內，減少了活性高的區域。

3 整改措施

如圖2所示，在泵腔中增加一小段與轉子等大的圓弧，改變泵腔局部型線，同時移動轉子的偏心距，使轉子能夠與泵腔密封面良好貼合，增強密封效果。為保證泵腔與轉子的配合間隙不會因裝配發生變化，在泵體和泵蓋相應位置增加定位銷。具體改進方案總結如下：

A 針對“泵腔型線為圓滑橢圓，與轉子間隙油密封為線密封，泵腔內部壓力太大，線密封密封效果不理想，真空泵運行時吸氣腔室和排氣腔室相貫通，抽氣效率降低”問題點改進方案：更改泵腔局部線型，使轉子與泵腔壁的線密封優化為面密封形式，增強密封能力，減輕泵腔進、排氣腔室串氣情況。

圖2 真空泵型線形狀優化示意圖

B針對“泵蓋位置度過大導致泵腔壁與轉子間隙變化太大，引起泵腔壁與轉子間隙處密封不良”問題點改進方案：在泵蓋和泵體適宜位置增加定位銷進行精定位，從而提高配合精度。

綜上所述，為使優化該真空泵性能，采取以下措施：

1）改變泵腔內部進排氣腔室密封結構，消除相互竄氣的情況，從而減少壓力建立時間；

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

4 方案驗證

4.1 整改件測試

確定整改方案后，對整改件進行了測試，并在整車進行了驗證工作，整改后的真空泵的抽真空性能效果良好。

表2 整改件測試結果

從表中可看出，兩個件達到66.7Kpa的真空度時所用的時間在5s左右，達到80Kpa的真空度所需時間均不超過10s。

4.1 整車試驗

整改件經400小時耐久試驗后，對其性能在整車上進行測試，進一步確定其提升效果。試驗結果如下表：

表3 整車測試結果

從試驗結果看出，達到66.7Kpa的真空度時所用的平均時間縮短到 7.53s，達到 80Kpa的真空度所需的平均時間為11.535s，改進效果明顯。

5 結語

本文通過拆解分析，找出真空泵性能不足的原因為真空泵腔內部進、排氣腔室密封不良，相互串氣，影響真空泵抽真空能力，從而導致真空泵性能不足。并通過相應結構的優化，提升真空泵性能，使整車連續制動性能得以提高。