汽车发动机机油泵的综合性能评价

杜东亮

摘 要：机油泵的作用在于将油底壳里的机油经过增压之后向机油过滤器和润滑油道进行输送。结合润滑发动机的主要部位来滤清机油。发动机在工作过程中，机油泵是不断运行的，足够的润滑油必不可少。为了确保汽车发动机机油泵的设计水平，该文主要分析了机油泵的几项主要性能指标，针对不同类型机油泵特点进行了分析，希望可以让更多人对机油泵这一部位有所了解。

关键词：汽车工程;机油泵;排量;容积效率

中图分类号：U46        文献标志码：A

机油泵直接决定了汽车发动机内的润滑系统是否能够正常工作，其最早出现在20世纪20年代的论文中，之后很多汽车公司都开始从系统的角度来研究汽车机油泵，汽车机油泵具有多种性能参数，排量、压力波动、容积等共同构成了一个参数体系。机油泵设备选型会在很大程度上影响到其自身的性能，现在最为常见的机油泵类型包括内啮合、外啮合齿轮泵以及内啮合白线泵和柱塞泵等，齿轮泵的设计一般会和齿形和齿数有密切的关系，近年来研究人员不断对其进行改造，例如提高排量准确率、保证容积，取得了一定效果。

1 机油泵类型划分

汽车所使用的机油泵都是起源于液压泵，经过逐渐演化最终形成了现在的样子。液压泵包括很多类型，常见的有内、外啮合齿轮泵，离心叶片泵、轴流柱塞泵等，如果能够满足排量和工作效率的需要，液压泵是可以应用为机油泵的。

现在汽车锁应用的机油泵大多是容积泵，但具体也可以分为内、外啮合齿轮泵以及内啮合白线泵。如果该发动机的要求并不高，汽车城厂商往往更加倾向于外啮合齿轮泵，其有着制造简单、成本低廉的优势。但是在同等排量的情况下，外啮合齿轮泵尺寸往往较大，所以困油问题非常明显，一旦出现了困油，就会导致压力波动，这也是出现振动和噪声的重要原因。内啮合摆线泵本身结构较为紧凑，可以有效地避免困油问题，在吸油过程中也具有较高的真空度，结构简单，所以应用非常广泛。现在转子泵正在不断推广，已经产生了替代外啮合齿轮泵的趋势，现在其也已经成为机油泵供应商重点研发对象。

除此之外，由于节能环保的需求，机油泵供应商也开始了变排量机油泵的研发，变排量叶片泵和变排量转子泵也纷纷出现，其中变排量叶片泵具有较为简单的结构。在该领域，我国和世界先进水平相差甚远。

2 排量压力波动情况

正常来说，排量是指泵轴转动一圈的同时形成的排油体积，这在整个机油泵设计当中也是最为关键的一项参数，但是排量的影响要素非常多，正常来说，如果出口压力过高，就会降低排量。

现在人们对于排量这项指标是最为重视的，如果压力波动过高，也会增加机油泵的不稳定性，非常容易出现空化问题，这给机油泵设备功能的发挥造成了很大的影响。为了有效控制压力波动幅度，确保机油泵的压力和流量稳定性，现在很多从事汽车开发的厂商都进行了很多改进，但实际上压力波动无法得到根治。

在液压传动的过程中，泵的理论排量可以通过分析并利用经验公式进行计算，而实际排量则可以采用台架试验的方式计算。现在用于测试机油泵性能的工具大多难以用于测试压力波动，但可以结合实际情况组装机油泵综合测试平台。经过一段时间的测试之后可以发现，如果转速固定，出口压力越大，则流量越小，转速越高则流量越大，这也是大多数定排量机油泵的基本特征。但也正是出于这个原因，定排量泵在无法适应发动机转速变化的情况下有不同的润滑需求，所以其并不会由于发动机转速变化而产生不同的润滑油流量。

3 容积效率

通过实际流量数据可以算出实际排量，实际排量和理论排量之间的比值是机油泵容积效率。容积效率也是机油泵指标中的重要项目，可以说这项指标越高，就越接近于理论排量，所以这也是机油泵性能决定要素。机油泵工作过程中，影响容积效率的因素非常多，不仅有出口压力，同时也有机油泵泄露问题以及流场空化问题。

空化也可以称为汽蚀现象，如果流场当中的压强过低，就会直接导致这些区域出现小气泡，气泡内是液体蒸汽，将会直接影响到液体的流畅性，这就是空化问题。空化问题广泛地存在于各种流体机械当中，具有很大的危害，举例来说，机油泵如果出现了空化问题，不仅会降低容积效率，同时气泡破裂时也会产生较大的振动，出现噪声。

其实空化问题并不能实际测量和量化，更难以从理论层面上求解，只能通过数值来模拟预测。软件模拟已经成为其最主要的方式，但很多内容仍然有待进一步完善。

4 振动和噪声问题

齿轮之间的间隙问题是发动机噪声和震动产生的根本原因，但时至今日，机油泵转子与齿轮之间的间隙问题仍然得不到有效的解决，其主要是因为在齿轮转动中存在着冲击荷载。为了更好地改变这一问题，提高车辆行驶的安全性、舒适性，机油泵中存在的振动与噪声问题越来越受到业界人士的关注，另外国际标准化组织（ISO）已经提出了相关标准，液压传动中的噪声级别一般规定不超过80 dB。

机油泵性能试验是当前预防噪声的主要手段，这种方法可以及时地检测出机油泵振动与噪声产生的原因，出口压力之间的变化以及各种关系。通过最小二乘回归方法，对机油泵的排量和间隙等参数进行了相关研究，推導出径向间隙和轴向的泄漏量的求解方法。间隙除了会产生泄漏，降低容积效率外，也引起机油泵的振动噪声问题。相对而言，外啮合齿轮泵的振动和噪声问题比较突出，对于传统的液压泵，目前已经有学者对外啮合齿轮泵由于啮合间隙产生的振动和噪声进行了一些试验研究。如果在机油泵出油口附近增加一稳压阀，能大幅度地降低内啮合摆线转子式机油泵的噪声和振动。另外，他们也在早期的文章中对外啮合齿轮泵的振动和噪声的产生机理和解决方法进行了研究。通过设置齿轮泵常见故障，探索了基于振动信号特征融合的齿轮泵故障诊断方法。

5 结语

该文结合实际情况，针对其设计中的因素和要求，从多个角度讨论了机油泵的性能，例如机油泵排量、效率以及压力波动情况，并说明了振动噪声情况，结合现阶段该领域内的研究成果总结了一系列设计和分析要点，之后集中阐述了评价指标和方法。经过研究，定排量机油泵并不能适应于现阶段节能减排的需求，变排量泵的开发已经成为一个必然的趋势;现在也可以结合空化模型来模拟油泵空化问题;机油泵振动和噪声也经常受到压力的波动和机械啮合的影响，上述问题都是在设计过程中应该重点考虑的。

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