机油泵建压时间改善

张朝辉，居勇，汤基卫（上汽大众汽车有限公司，上海201805）

机油泵建压时间改善

张朝辉，居勇，汤基卫
（上汽大众汽车有限公司，上海201805）

机油泵改进之后，在冷试过程中出现了机油压力建立时间延长的问题，严重影响生产节拍。通过对机油泵自身的分析和生产过程的研究，最终通过优化发动机机油加注设备，改善了冷试机油压力建立的时间。

机油泵建压时间流量节拍

1 引言

机油泵作为发动机的一个重要部件，其作用是将机油提高到一定压力后，强制压送到发动机各零件的运动表面上，起到润滑和降温的作用。润滑不良会造成摩擦力增大，加剧运动部件的磨损，严重时甚至会造成运动部件咬死，引起发动机故障，有极大的安全隐患。机油泵结构形式可以分为齿轮式和转子式两类。齿轮式机油泵又分为内接齿轮式和外接齿轮式，一般把后者称为齿轮式油泵。市面上大多使用的是此类机油泵。

2 故障现象及分析验证

2.1 故障现象

某涡轮增压、缸内直喷发动机在售后市场上出现了冷启动时有异响，用户反响较大。通过对噪音的分析，确认该异响是由机油泵运转时的共振引起的。为了解决异响问题，研发部门经过相关试验，对机油泵进行了优化设计。在机油泵内部，将主动和从动齿轮的啮合区域错开0.5mm间隙，以避免产生共振。经过售后市场的验证，这一改进措施可有效地解决发动机冷启动的异响问题。

但是改进后，在发动机的生产过程中遇到了一个较为棘手的问题，发动机冷试时机油泵建压时间过长。设计要求，在不超过10 s的时间内，机油达到0.35MPa。改进前机油泵在冷试中，机油压力建压时间为3 s左右，而改进后的建压时间至少需要20 s，部分发动机甚至达到40～60 s，严重影响了发动机的冷试效率，降低了装配线的生产节拍，这是生产过程中无法接受的。但在实际中发现，一旦机油压力建立起来，由于机油管路内已充满了机油，此后油压建立时间便会恢复正常，不会影响发动机的正常使用。

本文详细介绍了生产及开发等部门在满足售后市场需求的前提下，通过大量试验和分析，采取有效的改进措施，最终解决了改进后机油泵建压时间过长对生产过程造成的影响。

2.2 原因分析

改进前，冷试时机油泵普遍在3 s内就能达到0.35MPa的目标值，改进后机油泵唯一变化就是从动轴底座加长了0.5mm，这就使得主动轴与从动轴的齿轮啮合处有了0.5mm的间隙，如图1和图2所示。经分析认为，该间隙应该就是造成机油压力建压时间延长的主要原因，由于间隙的存在，使得机油泵内产生一个腔体，造成初期泵油时间延长。

图1 原机油泵齿轮啮合处

图2 改进后机油泵啮合处

2.3 试验验证

针对以上分析，研发、规划、质保和生产各个部门的相关人员共同制定了改进计划，如何在不改变机油泵结构的同时，在发动机第一次运行时使得机油泵能够快速建立起油压，从更换不同黏度的机油、优化冷试验参数、检查零件质量等几方面进行了改进和尝试。

（1）加注高黏度机油，填充掉0.5mm间隙内的空气，帮助机油泵齿轮腔更快产生负压，吸取机油。

首先，要求供应商供货时，在机油泵齿轮啮合处加注高黏度机油，并旋转5圈，确保机油在内部填充，所用机油为ISOVG 1000等级的美孚600W，匹配信息及结果见表1。试验结果表明，加注高黏度机油对减少主动轴和从动轴间的泄漏有所改善，但合格率仍偏低，没有根本解决此问题，无法满足批量生产的要求。

表1 机油加注量的匹配信息及结果

其次，考虑到在物流过程中预先填充的机油有泄漏的可能，可能再次产生空腔，因此在原先加注机油的基础上，在机油泵上安装堵塞，将油孔堵住，防止在物流过程中高黏度机油的泄漏，如图3所示。

（2）优化冷试参数

同时生产部门尝试对冷试的测试参数进行优化匹配，具体参数见表2。测试工艺的转速及时间的变化对建压时间没有影响，试验结果同样不理想，建压时间无任何改善。

图3 防止机油泄漏的堵塞

表2 冷试参数变化表

（3）零件尺寸测量

期间甚至怀疑过零件的尺寸是否有问题，其实真实的间隙远不止0.5mm，从而产生了更严重的泄漏。因此对吸油口底座尺寸进行了抽检，结论是尺寸合格，且都处于中间公差，零件没有问题。

（4）零件尺寸改进试验

在测量零件期间，无意间发现从动齿轮轴长度加长了0.5mm，在吸油口出漏出露出0.5mm的非齿轮部分，而这一部分的外径比齿轮略小，也就是说与机油泵壳体密封面的间隙较大，存在泄漏的可能。为了验证这一尺寸是否对机油压力建立时间有影响，进行了两种方案的试验。

（1）将密封面单边偏移0.5mm，匹配从动轴的改动，见图4。但发现，若不改变开口大小直接偏移，加工时会干涉到主动齿轮的密封腔，从而有加剧泄漏的可能。

图4 吸油口偏移0.5mm（左）

（2）将吸油口开口减小，左右各向中心移动0.5 mm，仅让从动齿轮露出，使密封良好，见图5。

图5 减小开口大小，覆盖泄漏点

经过试验，仍有近30%的发动机在冷试中机油压力建压时间仍然较长，严重影响了生产节拍，这表明此措施实际效果不佳。

3 改进措施

从机油泵自身、供应商及测试工艺这三方面的改进，并没有改善发动机冷试时机油压力的建压时间。因此下一步工作重点聚焦在发动机装配环节。通过对工艺的排查，发现唯一能与机油压力有联系的是冷试前发动机机油加注工艺。

该设备的工艺要求：机油加注分别从加油盖及附属支架油压开关处（主油道）进行，加油量分别为5 L和1.5 L，泵输出最小压力0.15MPa，实际值为0.6MPa。

从压力、流量及流速的角度进行考量，认为直接连通油底壳，不从流经机油泵，而从加油盖侧加入机油，这种油路简单又不会对机油泵产生影响；而从主油道加注机油，所经过的油路复杂且狭窄，又要流经机油泵，对机油泵影响较大。因此对设备的参数及硬件做了以下的改进和优化。

（1）加注机油时保持低压、低流量：通过在主油道加注油路安装减压阀的方式，使主油道输出压力降至0.2～0.3MPa；同时调整接近出口的节流阀，使加油时间保持为加油盖处40 s、主油道处25 s，见图6。然而实际试验效果并不理想，于是又尝试加大流量试验。但是发现，新发动机内部存在大量空腔，在这种几乎半开式的加油环境中，仅由一个泵对两路油路进行供油，同时又要保证大流量而使得节流阀完全打开，因此无法使泵的输出压力保持在一个较高的区间，以供减压阀稳定调节；与此同时，在实际加油过程中两路油路压力又互相影响，使主油道压力有较大波动，所以无法有效地控制在要求的压力范围内。

图6 单泵双通道

（2）加注机油时保持高压、高流量

为了更稳定地控制两路加油参数，对机油加注设备进行了改造，由原先的一个泵输出两路，改为两个泵分别输出加油盖和主油道的加油量，并进行了试验验证。加注机油工艺参数为，输出压力：加油盖处1.5MPa、主油道处1.8MPa，加油时间：加油盖处21 s、主油道处6 s，见图7。

图7 双泵双通道

采用这一加注机油工艺，冷试机油压力建压时间出现了明显的改善，基本恢复至机油泵改进前的状态。同时为消除加油盖的影响，特意降低了加油盖侧油泵的压力，结果表明，这不影响冷试测试结果。

同时，为了进一步验证这一结果，将发动机油底壳拆除，并且对主油道进行加油。最终试验发现，在1.8MPa的高压状态下，从主油道加入的机油，在充满机油泵后，多余的机油顺着泵的吸油口流回油底壳；而将加油压力降低至0.6MPa后，从吸油口流出的机油明显减少，只有少量析出。

此后为了更好地模拟实际加油状态，制作了一个透明的油底壳，容积基本与原装油底壳相同，并在安装后进行了加油试验，最终了解到了发动机加油盖以及主油道内的加油情况。

先前状态是在主油道被完全注满并溢出之前，加油盖加入的机油已将油底壳填满，并没过了机油泵吸油口，导致机油泵内溢出的机油由于油底壳内油液压强的作用无法回到油底壳，造成一部分空气被困在了油底壳与机油泵吸油口之间。

在对设备及压力进行优化之后，通过透明油底壳可以清楚地看到，在油底壳的油液没过机油泵之前，主油道的机油已经从机油泵溢出回到了油底壳，这样机油泵与油底壳之间完全被机油充满，没有空气存在。

根据该发动机的油道分布情况，认为高压产生的大流量及高流速，能够使机油迅速进入发动机主油道，有效地排出了狭窄油道里的空气。同时又对机油泵的内部间隙进行有效填补，并且多余的机油借助较大的压力从机油泵吸油口溢出，并最终与油底壳的机油连通，消除了吸油口处的空气，从而改善了初期的建压效果。

4 措施验证

为了进行更好的验证，对该措施进行了近三个月的质量跟踪，结果证明该措施有效，对批量生产无影响，如图8所示。期间对两侧加油口的压力又进行了微调，最终在不影响工位节拍的情况下使两侧压力达到了最优的匹配情况；使加油盖加入的机油能够尽快地充满油底壳的同时，主油道的机油也能及时从吸油口溢出与油底壳的机油连通，消除空气。现在每天的误报台数基本控制在1～2台，比率在0.5‰以下，完全可以忽略不计。

图8 报警率跟踪表

5 结论

该案例的分析、研究、解决和跟踪历时一年多，通过跨部门合作及孜孜不倦的探索，解决了机油泵在冷试中的建压时间的超差问题，避免了对生产节拍的影响，实现了售前和售后市场的双赢。通过一系列的改进试验，对发动机内部机油流动过程有了全面的认识，为今后解决类似问题提供了有价值的依据，更为分析和解决发动机油道的相关问题作了很好的铺垫和积累。

Optimization of the Pressure Building Up Time forOilpump

Zhang Chaohui,Ju Yong,Tang Jiwei
（SAICVolkswagen Co.,Ltd.,Shanghai201805,China）

Becauseof themodification of theoilpump,which causesmore time to create the oilpressure, the cycletime is longer.By learning the oilpump and production process,we optimize the the cycletime by modifying theoil-filling station.

oilpump,time ofpressure buildingup,flow ing,cycletime

10.3969/j.issn.1671-0614.2017.02.011

来稿日期：2016-09-23

张朝辉（1982-），男，工程师，主要研究方向为发动机冷试技术。