发动机转子机油泵阶次噪音的NVH优化

周涛，宁科亮，程晓章

（1.安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601；2.合肥工业大学汽车与交通工程学院，安徽 合肥 230009）

随着汽车工业和发动机技术的持续快速发展，发动机的NVH表现越来越受到使用者的关注。

机油泵作为发动机的运动零部件之一，在 NVH方面的表现逐渐被相关设计人员所重视。本文将针对某款发动机转子机油泵的阶次噪音问题，提出解决方案并进行设计优化。

1 转子机油泵阶次噪音形成原因

转子机油泵作为围绕中心轴旋转的运动类零部件，阶次噪音是最常见的噪音类型，也是比较容易主观评价的噪音类型，阶次噪音较大时可以听到明显的啸叫声，直接影响发动机及汽车的声学品质。

转子机油泵阶次噪音产生原因：机油泵转子在啮合泵油的过程中，主动齿和被动齿不可避免的要产生挤压、摩擦，在啮入、啮出过程中，因接触面小，这种挤压、摩擦会更加剧烈，如果转子齿廓设计不合理，甚至还会产生干涉。这些挤压、摩擦、干涉等产生振动并通过机械传递及辐射传出，就是机油泵的阶次噪音，严重时表现为尖锐的啸叫声。

根据转子机油泵阶次噪音产生的原理可以看出，只要机油泵工作，转子啮合就可能产生阶次噪音。又因为机油泵转速和发动机转速一般是定速比的，所以阶次噪音和发动机转速存在线性关系，具体为发动机转速的某一倍数，这也是阶次噪音容易区分于其他噪音的地方。

以本文研究的某款发动机为例，根据机油泵速比和齿数可以计算出机油泵阶次噪音和发动机转速的具体倍数关系。在本款发动机中，机油泵动力传递路径为：曲轴链轮-链条-机油泵链轮-机油泵转子。可以计算出机油泵阶次噪音与发动机的具体倍数关系：

其中：i1，曲轴链轮齿数，29

i2，机油泵驱动链轮齿数，32

i3，机油泵转子齿数，6

计算出本款发动机转子机油泵阶次噪音相对发动机转速的倍数值为：5.44n。

2 摸底测试

2.1 测试说明

本文针对某增压车型进行摸底测试，重点评估机油泵阶次噪音以及对车内噪声的影响(客观数据与主观评估相结合)。

根据前面的分析，转子机油泵阶次噪音发生在全转速段。据此，定义本次测试的工况：

车辆路试，发动机转速1000rpm加速到4000rpm

数据采集点：

（1）机油泵近场（30cm）布置传感器

（2）驾驶员右耳处布置传感器

2.2 测试结果

图 1所示的车辆路试，发动机转速从 1000rpm加速到4000rpm时，在油底壳近场测试的噪声频谱。从图中可以看到，转子机油泵啮合产生的5.44n阶次噪音明显。转速范围主要发生在2000rpm～4000rpm。

图1 车辆路试，油底壳近场噪声频谱

图 2所示的车辆路试，发动机转速从 1000rpm加速到4000rpm时，在驾驶员右耳处测试的噪声频谱。从图中可以看到，测到轻微5.44n机油泵阶次噪音。

图2 车辆路试，驾驶员右耳处噪声频谱

主观评价：在驾驶室内可以听到微弱的啸叫声，判定为机油泵阶次噪音。

3 噪声优化

3.1 设计优化方案

因为阶次噪音主要是机油泵转子啮合时产生的，啮合平顺、增大啮合面积有利于降低阶次噪音。据此，本款发动机转子机油泵从以下两个方面进行设计优化。

3.1.1 降低转子啮合间隙，使啮合更加平稳

减小影响转子啮合的各装配配合间隙，优化前后对比如下：

表1

3.1.2 优化转子型线

相比优化前转子，优化后转子啮合型线更加平滑，无尖角。啮入、啮出过程中不会产生干涉，啮合面积也更大，降低了单位面积转子所承受的挤压、摩擦力，大幅降低了产生阶次噪音的风险。

图3 优化前转子

图4 优化后转子

3.2 方案验证

为验证优化效果，根据设计方案制作快速成型件，然后装机进行NVH测试。测试工况及测量点与摸底测试时相同。

图5所示的是机油泵设计优化后，车辆路试，发动机转速从1000rpm加速到4000rpm时，在油底壳近场测试的噪声频谱。图中可以看到，相对优化前，机油泵阶次噪音降低明显。

图5 车辆路试，油底壳近场噪声频谱（优化后）

图6 所示的是机油泵设计优化后，车辆路试，发动机转速从1000rpm加速到4000rpm时，在驾驶员右耳处测试的噪声频谱。从图中可以看到，机油泵阶次噪音已基本消失。

图6 车辆路试，驾驶员右耳处噪声频谱（优化后）

主观评价：在驾驶室内，发动机全转速段已经听不到机油泵的啸叫声。

为了进一步对设计优化方案进行验证，在发动机 NVH台架对优化前、后机油泵的NVH表现进行对比试验。

图7所示为机油泵在NVH台架的对比试验结果，左图为优化前机油泵的测量数据，右图为更换优化后机油泵的测量数据。从图中可以看出，优化前机油泵存在明显的机油泵阶次噪音（图中红色斜线），优化后机油泵阶次噪音基本消失，这与车辆路试结果一致。

图7 发动机NVH台架对比（左为优化前，右为优化后）

4 结论

根据车辆路试试验和发动机 NVH台架对比试验结果，优化后机油泵阶次噪音大幅降低，主观评价阶次噪音啸叫声完全消失，优化目标达成。

通过本次优化方案设计及试验验证，说明通过降低转子啮合间隙和优化转子型线来降低转子机油泵阶次噪音是可行的，也为类似齿轮啮合零部件及结构的NVH优化提供参考。

参考文献

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