機油泵建壓時間改善

張朝輝，居勇，湯基衛(wèi)（上汽大眾汽車有限公司，上海201805）

機油泵建壓時間改善

張朝輝，居勇，湯基衛(wèi)
（上汽大眾汽車有限公司，上海201805）

機油泵改進之后，在冷試過程中出現(xiàn)了機油壓力建立時間延長的問題，嚴重影響生產(chǎn)節(jié)拍。通過對機油泵自身的分析和生產(chǎn)過程的研究，最終通過優(yōu)化發(fā)動機機油加注設備，改善了冷試機油壓力建立的時間。

機油泵建壓時間流量節(jié)拍

1 引言

機油泵作為發(fā)動機的一個重要部件，其作用是將機油提高到一定壓力后，強制壓送到發(fā)動機各零件的運動表面上，起到潤滑和降溫的作用。潤滑不良會造成摩擦力增大，加劇運動部件的磨損，嚴重時甚至會造成運動部件咬死，引起發(fā)動機故障，有極大的安全隱患。機油泵結構形式可以分為齒輪式和轉子式兩類。齒輪式機油泵又分為內接齒輪式和外接齒輪式，一般把后者稱為齒輪式油泵。市面上大多使用的是此類機油泵。

2 故障現(xiàn)象及分析驗證

2.1 故障現(xiàn)象

某渦輪增壓、缸內直噴發(fā)動機在售后市場上出現(xiàn)了冷啟動時有異響，用戶反響較大。通過對噪音的分析，確認該異響是由機油泵運轉時的共振引起的。為了解決異響問題，研發(fā)部門經(jīng)過相關試驗，對機油泵進行了優(yōu)化設計。在機油泵內部，將主動和從動齒輪的嚙合區(qū)域錯開0.5mm間隙，以避免產(chǎn)生共振。經(jīng)過售后市場的驗證，這一改進措施可有效地解決發(fā)動機冷啟動的異響問題。

但是改進后，在發(fā)動機的生產(chǎn)過程中遇到了一個較為棘手的問題，發(fā)動機冷試時機油泵建壓時間過長。設計要求，在不超過10 s的時間內，機油達到0.35MPa。改進前機油泵在冷試中，機油壓力建壓時間為3 s左右，而改進后的建壓時間至少需要20 s，部分發(fā)動機甚至達到40～60 s，嚴重影響了發(fā)動機的冷試效率，降低了裝配線的生產(chǎn)節(jié)拍，這是生產(chǎn)過程中無法接受的。但在實際中發(fā)現(xiàn)，一旦機油壓力建立起來，由于機油管路內已充滿了機油，此后油壓建立時間便會恢復正常，不會影響發(fā)動機的正常使用。

本文詳細介紹了生產(chǎn)及開發(fā)等部門在滿足售后市場需求的前提下，通過大量試驗和分析，采取有效的改進措施，最終解決了改進后機油泵建壓時間過長對生產(chǎn)過程造成的影響。

2.2 原因分析

改進前，冷試時機油泵普遍在3 s內就能達到0.35MPa的目標值，改進后機油泵唯一變化就是從動軸底座加長了0.5mm，這就使得主動軸與從動軸的齒輪嚙合處有了0.5mm的間隙，如圖1和圖2所示。經(jīng)分析認為，該間隙應該就是造成機油壓力建壓時間延長的主要原因，由于間隙的存在，使得機油泵內產(chǎn)生一個腔體，造成初期泵油時間延長。

圖1 原機油泵齒輪嚙合處

圖2 改進后機油泵嚙合處

2.3 試驗驗證

針對以上分析，研發(fā)、規(guī)劃、質保和生產(chǎn)各個部門的相關人員共同制定了改進計劃，如何在不改變機油泵結構的同時，在發(fā)動機第一次運行時使得機油泵能夠快速建立起油壓，從更換不同黏度的機油、優(yōu)化冷試驗參數(shù)、檢查零件質量等幾方面進行了改進和嘗試。

（1）加注高黏度機油，填充掉0.5mm間隙內的空氣，幫助機油泵齒輪腔更快產(chǎn)生負壓，吸取機油。

首先，要求供應商供貨時，在機油泵齒輪嚙合處加注高黏度機油，并旋轉5圈，確保機油在內部填充，所用機油為ISOVG 1000等級的美孚600W，匹配信息及結果見表1。試驗結果表明，加注高黏度機油對減少主動軸和從動軸間的泄漏有所改善，但合格率仍偏低，沒有根本解決此問題，無法滿足批量生產(chǎn)的要求。

表1 機油加注量的匹配信息及結果

其次，考慮到在物流過程中預先填充的機油有泄漏的可能，可能再次產(chǎn)生空腔，因此在原先加注機油的基礎上，在機油泵上安裝堵塞，將油孔堵住，防止在物流過程中高黏度機油的泄漏，如圖3所示。

（2）優(yōu)化冷試參數(shù)

同時生產(chǎn)部門嘗試對冷試的測試參數(shù)進行優(yōu)化匹配，具體參數(shù)見表2。測試工藝的轉速及時間的變化對建壓時間沒有影響，試驗結果同樣不理想，建壓時間無任何改善。

圖3 防止機油泄漏的堵塞

表2 冷試參數(shù)變化表

（3）零件尺寸測量

期間甚至懷疑過零件的尺寸是否有問題，其實真實的間隙遠不止0.5mm，從而產(chǎn)生了更嚴重的泄漏。因此對吸油口底座尺寸進行了抽檢，結論是尺寸合格，且都處于中間公差，零件沒有問題。

（4）零件尺寸改進試驗

在測量零件期間，無意間發(fā)現(xiàn)從動齒輪軸長度加長了0.5mm，在吸油口出漏出露出0.5mm的非齒輪部分，而這一部分的外徑比齒輪略小，也就是說與機油泵殼體密封面的間隙較大，存在泄漏的可能。為了驗證這一尺寸是否對機油壓力建立時間有影響，進行了兩種方案的試驗。

（1）將密封面單邊偏移0.5mm，匹配從動軸的改動，見圖4。但發(fā)現(xiàn)，若不改變開口大小直接偏移，加工時會干涉到主動齒輪的密封腔，從而有加劇泄漏的可能。

圖4 吸油口偏移0.5mm（左）

（2）將吸油口開口減小，左右各向中心移動0.5 mm，僅讓從動齒輪露出，使密封良好，見圖5。

圖5 減小開口大小，覆蓋泄漏點

經(jīng)過試驗，仍有近30%的發(fā)動機在冷試中機油壓力建壓時間仍然較長，嚴重影響了生產(chǎn)節(jié)拍，這表明此措施實際效果不佳。

3 改進措施

從機油泵自身、供應商及測試工藝這三方面的改進，并沒有改善發(fā)動機冷試時機油壓力的建壓時間。因此下一步工作重點聚焦在發(fā)動機裝配環(huán)節(jié)。通過對工藝的排查，發(fā)現(xiàn)唯一能與機油壓力有聯(lián)系的是冷試前發(fā)動機機油加注工藝。

該設備的工藝要求：機油加注分別從加油蓋及附屬支架油壓開關處（主油道）進行，加油量分別為5 L和1.5 L，泵輸出最小壓力0.15MPa，實際值為0.6MPa。

從壓力、流量及流速的角度進行考量，認為直接連通油底殼，不從流經(jīng)機油泵，而從加油蓋側加入機油，這種油路簡單又不會對機油泵產(chǎn)生影響；而從主油道加注機油，所經(jīng)過的油路復雜且狹窄，又要流經(jīng)機油泵，對機油泵影響較大。因此對設備的參數(shù)及硬件做了以下的改進和優(yōu)化。

（1）加注機油時保持低壓、低流量：通過在主油道加注油路安裝減壓閥的方式，使主油道輸出壓力降至0.2～0.3MPa；同時調整接近出口的節(jié)流閥，使加油時間保持為加油蓋處40 s、主油道處25 s，見圖6。然而實際試驗效果并不理想，于是又嘗試加大流量試驗。但是發(fā)現(xiàn)，新發(fā)動機內部存在大量空腔，在這種幾乎半開式的加油環(huán)境中，僅由一個泵對兩路油路進行供油，同時又要保證大流量而使得節(jié)流閥完全打開，因此無法使泵的輸出壓力保持在一個較高的區(qū)間，以供減壓閥穩(wěn)定調節(jié)；與此同時，在實際加油過程中兩路油路壓力又互相影響，使主油道壓力有較大波動，所以無法有效地控制在要求的壓力范圍內。

圖6 單泵雙通道

（2）加注機油時保持高壓、高流量

為了更穩(wěn)定地控制兩路加油參數(shù)，對機油加注設備進行了改造，由原先的一個泵輸出兩路，改為兩個泵分別輸出加油蓋和主油道的加油量，并進行了試驗驗證。加注機油工藝參數(shù)為，輸出壓力：加油蓋處1.5MPa、主油道處1.8MPa，加油時間：加油蓋處21 s、主油道處6 s，見圖7。

圖7 雙泵雙通道

采用這一加注機油工藝，冷試機油壓力建壓時間出現(xiàn)了明顯的改善，基本恢復至機油泵改進前的狀態(tài)。同時為消除加油蓋的影響，特意降低了加油蓋側油泵的壓力，結果表明，這不影響冷試測試結果。

同時，為了進一步驗證這一結果，將發(fā)動機油底殼拆除，并且對主油道進行加油。最終試驗發(fā)現(xiàn)，在1.8MPa的高壓狀態(tài)下，從主油道加入的機油，在充滿機油泵后，多余的機油順著泵的吸油口流回油底殼；而將加油壓力降低至0.6MPa后，從吸油口流出的機油明顯減少，只有少量析出。

此后為了更好地模擬實際加油狀態(tài)，制作了一個透明的油底殼，容積基本與原裝油底殼相同，并在安裝后進行了加油試驗，最終了解到了發(fā)動機加油蓋以及主油道內的加油情況。

先前狀態(tài)是在主油道被完全注滿并溢出之前，加油蓋加入的機油已將油底殼填滿，并沒過了機油泵吸油口，導致機油泵內溢出的機油由于油底殼內油液壓強的作用無法回到油底殼，造成一部分空氣被困在了油底殼與機油泵吸油口之間。

在對設備及壓力進行優(yōu)化之后，通過透明油底殼可以清楚地看到，在油底殼的油液沒過機油泵之前，主油道的機油已經(jīng)從機油泵溢出回到了油底殼，這樣機油泵與油底殼之間完全被機油充滿，沒有空氣存在。

根據(jù)該發(fā)動機的油道分布情況，認為高壓產(chǎn)生的大流量及高流速，能夠使機油迅速進入發(fā)動機主油道，有效地排出了狹窄油道里的空氣。同時又對機油泵的內部間隙進行有效填補，并且多余的機油借助較大的壓力從機油泵吸油口溢出，并最終與油底殼的機油連通，消除了吸油口處的空氣，從而改善了初期的建壓效果。

4 措施驗證

為了進行更好的驗證，對該措施進行了近三個月的質量跟蹤，結果證明該措施有效，對批量生產(chǎn)無影響，如圖8所示。期間對兩側加油口的壓力又進行了微調，最終在不影響工位節(jié)拍的情況下使兩側壓力達到了最優(yōu)的匹配情況；使加油蓋加入的機油能夠盡快地充滿油底殼的同時，主油道的機油也能及時從吸油口溢出與油底殼的機油連通，消除空氣?，F(xiàn)在每天的誤報臺數(shù)基本控制在1～2臺，比率在0.5‰以下，完全可以忽略不計。

圖8 報警率跟蹤表

5 結論

該案例的分析、研究、解決和跟蹤歷時一年多，通過跨部門合作及孜孜不倦的探索，解決了機油泵在冷試中的建壓時間的超差問題，避免了對生產(chǎn)節(jié)拍的影響，實現(xiàn)了售前和售后市場的雙贏。通過一系列的改進試驗，對發(fā)動機內部機油流動過程有了全面的認識，為今后解決類似問題提供了有價值的依據(jù)，更為分析和解決發(fā)動機油道的相關問題作了很好的鋪墊和積累。

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

來稿日期：2016-09-23

張朝輝（1982-），男，工程師，主要研究方向為發(fā)動機冷試技術。