某柴油機冷啟動機油泵異響的分析與優化

李 昌

（安徽江淮汽車集團股份有限公司發動機分公司，安徽 合肥 230601）

1 引言

機油泵是潤滑系統重要組成部件，該部件為系統動力部件，保證為系統提供足量足壓的潤滑油[1]。轉子式機油泵因為其結構緊湊、質量輕等特點，在車輛發動機中應用較多[2]。轉子式機油泵由內外轉子、泵體、泵蓋組成[3]，根據機油泵的結構建立機油泵流場分析模型，進行流場分析，對機油泵展開研究[4]。

本文針對試驗過程中出現的異響問題，建立機油泵及集濾器模型進行分析，確定異響機理，然后提出優化方案并對優化方案進行分析確定優化效果，最后在環境艙中進行冷啟動試驗驗證優化方案實際效果。

2 機油泵異響機理確認

試驗車輛在冬季標定冷啟動過程中出現較長時間的異響問題，通過對噪音進行監測，得到車輛主要噪音如圖1所示。主要噪音源為機油泵階次噪音、打氣泵驅動階次噪音和正時驅動階次噪音。

圖1 車輛噪音類型

根據噪音類型及噪音種類初步判斷車輛異響原因為冷啟動過程中系統供油不足，導致運動部件出現異響。所以對機油泵及集濾器進行建模分析，確定其流場分布情況。

首先建立機油泵分析模型，進行額定工況分析，得到機油泵流場壓力分布情況，圖2為機油泵流場壓力分布結果，對轉子區域壓力場進行提取放大，結果如圖所示，根據轉子區域壓力云圖變化可知，在轉子轉動過程中，存在一個短暫的壓力較低時刻，區域1為進口低壓區域，區域3為高壓出口區域，當轉子轉動到圖中時刻時，區域2與高低壓區域的連接不完全，所以壓力較低，該壓力不利于機油泵液體平順流動，需要對泵腔結構進行優化。

圖2 機油泵壓力場分布

然后建立集濾器模型，該模型包括集濾器濾網、泵前所有管路和部分油底殼模型，進行額定工況下的分析，定義進出口邊界計算，得到壓力場分布如圖3所示，監測進出口壓力得到額定工況下集濾器壓損為20.6kPa，即額定工況下機油泵泵前負壓為-20.6kPa，該負壓較大不利于機油泵低溫環境下泵油，所以需要對集濾器結構進行優化以降低泵前負壓。

圖3 集濾器壓力場分布

3 優化方案分析及驗證

圖4 機油泵結構優化

確定車輛冷啟動過程中出現的異響原因，對機油泵泵腔及集濾器結構進行優化。機油泵具體優化方案如圖4所示，將原方案高壓腔較窄的卸荷槽優化為和泵腔寬度一樣的結構，同時增加卸荷槽的長度。然后對優化方案進行相同工況下的機油泵流場分析，具體結果如圖5所示，根據轉子區域壓力場分布可知，轉子區域內壓力過渡平緩，沒有出現壓力異常波動點。

圖5 優化方案轉子區域壓力圖

然后對集濾器進行優化，主要是將管徑由20mm增加到23mm，優化集濾器濾網由0.55mm增加至1.25mm，優化管路走向，增加彎角轉角直徑。然后進行分析得到集濾器壓力場如圖6所示，通過監測進出口壓力計算得到泵腔負壓為8.6kPa，壓力降低明顯，且小于壓力限值。

圖6 集濾器優化方案壓力場分布

最后制作機油泵及集濾器快件，在低溫環境艙中進行冷啟動試驗，監測噪音數據，根據監測數據可知噪音持續時間明顯縮短。另外根據噪音頻譜圖可知之前機械部件的異響均消除，只有輕微的次同步噪聲。

4 小結

基于某柴油機低溫冷啟動過程中出現的機油泵異響問題展開研究，分別進行機油泵分析及集濾器分析，確定低溫工況下異響機理，然后確定優化方案并對優化方案進行分析，確定優化效果，最后進行低溫環境艙試驗，驗證最終優化效果。根據優化效果可知，優化方案對縮短異響試驗及消除異響效果明顯，說明機油泵及集濾器優化方案有效。