某柴油机冷启动机油泵异响的分析与优化

李 昌

（安徽江淮汽车集团股份有限公司发动机分公司，安徽 合肥 230601）

1 引言

机油泵是润滑系统重要组成部件，该部件为系统动力部件，保证为系统提供足量足压的润滑油[1]。转子式机油泵因为其结构紧凑、质量轻等特点，在车辆发动机中应用较多[2]。转子式机油泵由内外转子、泵体、泵盖组成[3]，根据机油泵的结构建立机油泵流场分析模型，进行流场分析，对机油泵展开研究[4]。

本文针对试验过程中出现的异响问题，建立机油泵及集滤器模型进行分析，确定异响机理，然后提出优化方案并对优化方案进行分析确定优化效果，最后在环境舱中进行冷启动试验验证优化方案实际效果。

2 机油泵异响机理确认

试验车辆在冬季标定冷启动过程中出现较长时间的异响问题，通过对噪音进行监测，得到车辆主要噪音如图1所示。主要噪音源为机油泵阶次噪音、打气泵驱动阶次噪音和正时驱动阶次噪音。

图1 车辆噪音类型

根据噪音类型及噪音种类初步判断车辆异响原因为冷启动过程中系统供油不足，导致运动部件出现异响。所以对机油泵及集滤器进行建模分析，确定其流场分布情况。

首先建立机油泵分析模型，进行额定工况分析，得到机油泵流场压力分布情况，图2为机油泵流场压力分布结果，对转子区域压力场进行提取放大，结果如图所示，根据转子区域压力云图变化可知，在转子转动过程中，存在一个短暂的压力较低时刻，区域1为进口低压区域，区域3为高压出口区域，当转子转动到图中时刻时，区域2与高低压区域的连接不完全，所以压力较低，该压力不利于机油泵液体平顺流动，需要对泵腔结构进行优化。

图2 机油泵压力场分布

然后建立集滤器模型，该模型包括集滤器滤网、泵前所有管路和部分油底壳模型，进行额定工况下的分析，定义进出口边界计算，得到压力场分布如图3所示，监测进出口压力得到额定工况下集滤器压损为20.6kPa，即额定工况下机油泵泵前负压为-20.6kPa，该负压较大不利于机油泵低温环境下泵油，所以需要对集滤器结构进行优化以降低泵前负压。

图3 集滤器压力场分布

3 优化方案分析及验证

图4 机油泵结构优化

确定车辆冷启动过程中出现的异响原因，对机油泵泵腔及集滤器结构进行优化。机油泵具体优化方案如图4所示，将原方案高压腔较窄的卸荷槽优化为和泵腔宽度一样的结构，同时增加卸荷槽的长度。然后对优化方案进行相同工况下的机油泵流场分析，具体结果如图5所示，根据转子区域压力场分布可知，转子区域内压力过渡平缓，没有出现压力异常波动点。

图5 优化方案转子区域压力图

然后对集滤器进行优化，主要是将管径由20mm增加到23mm，优化集滤器滤网由0.55mm增加至1.25mm，优化管路走向，增加弯角转角直径。然后进行分析得到集滤器压力场如图6所示，通过监测进出口压力计算得到泵腔负压为8.6kPa，压力降低明显，且小于压力限值。

图6 集滤器优化方案压力场分布

最后制作机油泵及集滤器快件，在低温环境舱中进行冷启动试验，监测噪音数据，根据监测数据可知噪音持续时间明显缩短。另外根据噪音频谱图可知之前机械部件的异响均消除，只有轻微的次同步噪声。

4 小结

基于某柴油机低温冷启动过程中出现的机油泵异响问题展开研究，分别进行机油泵分析及集滤器分析，确定低温工况下异响机理，然后确定优化方案并对优化方案进行分析，确定优化效果，最后进行低温环境舱试验，验证最终优化效果。根据优化效果可知，优化方案对缩短异响试验及消除异响效果明显，说明机油泵及集滤器优化方案有效。