一种机械水泵冷启噪音问题解决方案

隋宝峰 沙宾宾 王鹏

摘 要：噪音控制是提升整车品质方法之一，针对发动机机械水泵在低温条件下启动异响问题，文章介绍了采用热压工艺装配机械水泵轴承方案，解决机械水泵低温条件下冷启噪音问题。

关键词：发动机;机械水泵;冷启噪音

中图分类号：U464.138+.1  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）16-107-02

Abstract： Noise control is one of the methods to improve the quality of the vehicle. Aiming at the problem of noise of engine mechanical water pump starting at low temperature， this paper introduces the scheme of Assembling Mechanical Water pump bearing by hot pressing process， solve the problem of cold start noise of mechanical water pump at low temperature.

Keywords： Engine; Mechanical water pump; Cold start noise

CLC NO.： U464.138+.1  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）16-107-02

前言

随着我国经济发展，国民汽车消费倾向逐步由追求廉价转变为品质要求，噪音控制为提升整车品质重要方法之一，涉及噪音控制已经成为汽车研究领域一项热点。

发动机冷启时各运动副无法立即得到良好的润滑，且为保证发动机尽快进入工作状态启动初始，发动机转速都会偏高，进而导致冷启时发动机噪音尤为突出，极易引起客户抱怨。

1 问题描述

某新研发SUV车型，于冬季标定试验冷启时车外及驾驶室内均存在异响，无法接受。

2 原因分析

2.1 问題复现

在环境舱内进行低温冷启机械水泵进场NVH测试。

众所周知，于2000HZ-10000HZ频率之间的噪音极易被人类发现，测试结果如图1所示，此车型机械水泵噪音于2000HZ-10000HZ频率范围内较为突出。

2.2 问题排查

水泵总成由法兰、轴连轴承、泵体、密封圈、水封总成、叶轮组成，如图2所示。

水泵正常工作时，如图3所示，轴连轴承芯轴、轴承外圈、中间钢球存在相对运动，当轴承承受径向载荷时，由于存在径向游隙，仅有部分钢球承受负荷（图中DABCD），称为承载区，其他称为非承载区。在钢球从承载区D运动到D的过程中，钢球的自重与离心力的合力大小及方向不断发生变化，钢球交替与内外圈滚道碰撞、摩擦，从而产生机械水泵工作噪音。

为保证机械水泵密封及可靠性，水泵轴连轴承与泵体为过盈压装，因此会导致轴连轴承芯轴、轴承外圈圆度及尺寸发生变化，减小了钢珠的与轴承内外圈的游隙，导致钢珠与轴承内外圈无法得到充分润滑，增加摩擦力，同时因轴连轴承相应尺寸变化导致钢珠的承载区加大，进而加大了钢珠与轴承内外圈滚道碰撞、摩擦时间，导致机械水泵工作噪音增加。

3 试验验证

为避免压装过程中泵体对轴连轴承径向载荷过大导致钢珠游隙及承载区变化，现将泵体提前加热至60℃，利用热胀冷缩原理，增加泵体中轴连轴承安装孔尺寸，再进行压装轴连轴承，进而减小泵体对轴连轴承径向载荷。水泵生产工艺如图4。

机械水泵不同压装工艺装配后尺寸检测数据见表1。

由以上测试数据可知，采用热压装配工艺后轴连轴承外圈及芯轴的圆度和直径都比常温压装装配工艺下更大，进而钢珠的游隙更大、承载区更小。

为验证压装工艺更改对机械水泵工作噪音贡献，使用两种压装工艺机械水泵进行台架NVH测试，测试结果见图5。

图5中绿线为采用热压工艺装配机械水泵，红线为常温下压装工艺装配机械水泵，采用热压工艺装配机械水泵声压值于2000HZ-10000HZ频率范围优于常温压装工艺装配机械水泵。

在环境舱内进行低温冷启机械水泵进场NVH测试，选取采用热压工艺装配机械水泵与常温压装工艺装配机械水泵进行对比测试，测试结果见图6。

从图6可以看出，采用热压工艺装配机械水泵于2000HZ -10000HZ频率范围内噪音水平优于常温压装工艺装配机械水泵。

4 结论

针对某新研发SUV车型低温冷启动时机械水泵噪音问题，经理论分析、精密设备测量、台架NVH测试、整车NVH测试，确定可以通过将机械水泵轴连轴承与泵体压装工艺由常温压装调整为加热泵体后压装而解决。本文对其他车型机械水泵噪音大问题或具备相同结构零件噪音问题的解决提供了思路及方向。

参考文献

[1] 周龙保，刘巽俊，高宗英等.内燃机学[M].北京：机械工业出版社， 2005.

[2] 李春.水泵现代设计方法[M].上海：上海科学技术出版社，2010.01.

[3] 姜乃昌.泵与泵站[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.