燃油泵噪音惡化問題分析及質(zhì)量?jī)?yōu)化

尤惠英，張啟迪

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，上海 200086）

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽車保有量越來越高[1]。汽車市場(chǎng)正逐步走向成熟，人們對(duì)汽車的要求不僅僅停留在代步工具上，同時(shí)對(duì)汽車的品質(zhì)提出了更高的要求。噪聲水平是整車品質(zhì)的一個(gè)重要體現(xiàn)，用戶對(duì)噪聲的關(guān)注日益增加。對(duì)于燃油系統(tǒng)而言，油泵是整個(gè)系統(tǒng)最主要的噪聲發(fā)生源。

隨著發(fā)動(dòng)機(jī)噪音水平的不斷提升，在乘客艙內(nèi)，油泵的噪音問題就越來越凸顯出來。因此，在燃油系統(tǒng)開發(fā)過程中，對(duì)燃油泵的噪音控制提出了更高的要求。針對(duì)噪音問題，解決方案主要有兩個(gè)方向，一是降低噪聲源，二是優(yōu)化傳遞路徑。具體方案需要結(jié)合實(shí)際問題，從成本、實(shí)施效果等綜合考慮，最終找出最優(yōu)的解決方案。

油泵的主要作用是向發(fā)動(dòng)機(jī)供給燃油。油泵最核心的部件是泵芯，泵芯是葉輪泵，是整個(gè)油泵最主要的噪聲源。油泵工作時(shí)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速高達(dá)數(shù)千轉(zhuǎn)[2]。葉輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，噪聲的主要產(chǎn)生來源有兩個(gè)方面：一是轉(zhuǎn)子的不平衡，另一個(gè)是換向器換向摩擦[3]。由于油泵裝配在油箱內(nèi)，且位于后排座椅下方。因此，車輛怠速時(shí)，油泵噪音的表現(xiàn)會(huì)直接影響后排乘客的主觀感受。油泵噪音的頻率主要集中在100至1000Hz范圍內(nèi)，如果油泵工藝質(zhì)量控制不當(dāng)，某一低頻頻率噪聲明顯，乘客艙內(nèi)的噪聲將會(huì)非常擾人[4]。因此對(duì)油泵的噪音控制顯得尤為重要。

1 某車型燃油泵噪音問題

1.1 問題描述

某車型開發(fā)過程中，在進(jìn)行整車怠速NVH噪音測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)一個(gè)月內(nèi)前后兩次噪音測(cè)試結(jié)果呈惡化趨勢(shì)。如圖1所示，一個(gè)月前的測(cè)試結(jié)果總聲壓級(jí)為38.1dB，滿足整車VTS要求的怠速無負(fù)荷工況下，車內(nèi)噪聲總聲壓級(jí)低于 39dB的要求，一個(gè)月后的測(cè)試結(jié)果總聲壓級(jí)為41.6dB，總聲壓級(jí)升高3.5dB，噪音水平超出VTS要求，主觀感受惡化明顯。

圖1 整車怠速噪音測(cè)試結(jié)果對(duì)比

1.2 原因排查

噪聲的問題通常是系統(tǒng)性的問題，為正確找出整車怠速噪音惡化的故障原因，首先需要找出噪聲源以及相應(yīng)的傳遞路徑。從整車怠速噪音測(cè)試的頻譜圖上可以看出，怠速噪音變化主要集中在100-500Hz范圍內(nèi)，而油泵轉(zhuǎn)子前三階頻率在此范圍內(nèi)，因此重點(diǎn)排查該問題是否由油泵造成。

為了快速而直觀的排查是否是油泵的原因，將故障車輛上的油泵更換下來，進(jìn)行臺(tái)架噪音測(cè)試，與油泵裝配到問題車輛之前的噪音測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖2所示。

圖2 油泵臺(tái)架噪音測(cè)試結(jié)果對(duì)比

從結(jié)果看出，油泵前后臺(tái)架噪音測(cè)試總聲壓級(jí)由40.29dB變化為41.78dB，總聲壓級(jí)升高1.5dB。在此過程中，整車未更換其它零件，傳遞路徑上沒有任何零件變更，此結(jié)果表明整車怠速噪音惡化的問題可能與油泵自身相關(guān)，油泵內(nèi)部可能出現(xiàn)異常狀況。因此將油泵泵芯拆解，作進(jìn)一步故障分析，按照魚骨圖3分析，與燃油泵噪音相關(guān)的油泵分析部件如下。

圖3 油泵噪聲分析相關(guān)部件魚骨圖

1.2.1 泵芯轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡分析

燃油泵旋轉(zhuǎn)機(jī)械分為轉(zhuǎn)子和定子，對(duì)轉(zhuǎn)子而言，與噪聲相關(guān)參數(shù)是轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡量。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于質(zhì)量的不平衡引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)，這是轉(zhuǎn)子產(chǎn)生噪聲問題的根本原因。轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡與轉(zhuǎn)動(dòng)的基頻相關(guān)，可以從油泵噪聲或振動(dòng)頻譜圖上看出。轉(zhuǎn)子出廠時(shí)，動(dòng)平衡 100%全檢且有檢測(cè)報(bào)告，針對(duì)該問題重點(diǎn)排查是否存在轉(zhuǎn)子內(nèi)部有注塑缺陷，轉(zhuǎn)子浸泡油后使動(dòng)平衡量增大，導(dǎo)致噪音明顯升高。泵芯轉(zhuǎn)子如圖4所示。

圖4 泵芯轉(zhuǎn)子

泵芯拆解后首先將轉(zhuǎn)子放置到動(dòng)平衡機(jī)上，測(cè)量轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡量，從表1的測(cè)試結(jié)果可以看出，轉(zhuǎn)子在整車上運(yùn)作一定時(shí)間后，動(dòng)平衡量仍在設(shè)計(jì)要求限值范圍內(nèi)，結(jié)果合格。

表1 轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡量測(cè)試結(jié)果

1.2.2 泵芯支架與泵室分析

排除了轉(zhuǎn)子異常造成噪音惡化的原因后，接著查看泵芯的定子。泵芯的定子分為泵芯支架上的軸承以及泵室上的軸承，這兩個(gè)軸承均為滑動(dòng)軸承，需要重點(diǎn)排查軸承的尺寸，即測(cè)量?jī)?nèi)徑及同軸度尺寸，即泵芯支架內(nèi)徑與支架同軸度以及泵室內(nèi)徑與軸承同軸度，如圖5所示。

圖5 泵芯支架與泵室

具體內(nèi)徑及同軸度測(cè)試結(jié)果見表2， 結(jié)果顯示支架及軸承的內(nèi)徑與同軸度均在尺寸公差范圍內(nèi)，無異?，F(xiàn)象。

表2 內(nèi)徑與同軸度測(cè)試結(jié)果

1.2.3 泵芯泵蓋與葉輪分析

分析完轉(zhuǎn)子和定子的相關(guān)參數(shù)后，接下來分析葉輪。將拆解下來的泵蓋與葉輪進(jìn)行放大觀察，發(fā)現(xiàn)泵蓋與葉輪上均有明顯的異常磨損，如圖6所示。

圖6 (a) 泵蓋異常磨損 圖6(b) 葉輪異常磨損

泵蓋及葉輪出現(xiàn)異常磨損，說明泵芯工作時(shí)葉輪與泵蓋之間發(fā)生了碰磨現(xiàn)象，需要排查泵蓋與葉輪之間的間隙，但是故障件經(jīng)拆解后已無法測(cè)量此間隙。泵室和泵蓋之間的間隙是由泵芯支架裝配時(shí)壓接泵蓋的工藝決定的，因此可以通過測(cè)量泵殼上的壓接深度來判斷泵蓋與葉輪之間的間隙是否合格，如圖7所示。

圖7 泵蓋壓接點(diǎn)

泵蓋的壓接深度是以泵蓋底部平面為基準(zhǔn)面，測(cè)量該平面到壓接點(diǎn)底部之間的距離，如圖8所示。此處設(shè)計(jì)深度h為 4.3-4.4mm，但經(jīng)尺寸測(cè)量，故障件該處的實(shí)際深度為4.5mm。顯然，在泵芯裝配時(shí)，泵蓋壓接深度過大，使得泵室和泵蓋的間隙小于設(shè)計(jì)要求值，造成了泵蓋與葉輪間隙過小，從而引起泵蓋與葉輪的異常磨損，導(dǎo)致油泵噪音惡化。

圖8 泵蓋壓接深度

1.3 根本原因分析

通過以上的泵芯拆解分析，可以得出導(dǎo)致油泵噪音惡化的原因是泵芯的泵殼壓接泵蓋這一工序不合格。如果想從根本上避免該不合格項(xiàng)出現(xiàn)在產(chǎn)品上，就需要進(jìn)一步分析該工序的詳細(xì)過程，找出根本的解決方案。

如圖9所示，泵蓋的壓接是以壓接刀具的橫向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)椴煌Ｇ弧⒉煌紊a(chǎn)出來的泵殼及泵蓋尺寸偏差均不同，所以為了保證泵蓋的壓力深度在4.3-4.4mm的設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，每批次生產(chǎn)時(shí)均需要調(diào)整刀具與工裝基準(zhǔn)H，調(diào)節(jié)精度為0.1mm。

圖9 泵蓋壓接過程

故障車輛上的油泵為工程樣件非批產(chǎn)樣件，通過對(duì)油泵樣件生產(chǎn)過程的排查，發(fā)現(xiàn)泵芯生產(chǎn)時(shí)未按照批產(chǎn)樣件進(jìn)行質(zhì)量控制，在泵芯裝配時(shí)，沒有根據(jù)泵蓋及泵殼的尺寸重新調(diào)節(jié)刀具與工裝基準(zhǔn)之間的距離H，導(dǎo)致泵蓋壓接深度不合格品流出。油泵經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，泵殼與葉輪過度磨損，使得葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，噪音惡化。

2 工藝質(zhì)量?jī)?yōu)化

2.1 泵芯壓接深度工藝要求

找出了故障車輛上油泵噪音惡化的原因后，針對(duì)這些樣件生產(chǎn)過程中的不當(dāng)點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的工藝質(zhì)量?jī)?yōu)化。在泵蓋壓接時(shí)，要求控制過程與批產(chǎn)樣件相一致，即泵蓋縮口打點(diǎn)前，必須檢查泵蓋模具模腔號(hào)，先進(jìn)行試壓接，壓接后拆解泵芯用砂紙打磨確認(rèn)無異常變形后才能進(jìn)行此批次泵蓋壓接。

2.2 樣件生產(chǎn)管理過程優(yōu)化

雖然泵芯生產(chǎn)過程中的要點(diǎn)已經(jīng)明確，但若無相應(yīng)的管控流程，仍無法保證樣件生產(chǎn)的一致性。因此泵芯樣件生產(chǎn)時(shí)需要有明確的生產(chǎn)指導(dǎo)書，現(xiàn)場(chǎng)工人根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行生產(chǎn)。產(chǎn)品工程師按照生產(chǎn)工藝中的控制要點(diǎn)，進(jìn)行逐項(xiàng)確認(rèn)，要求每個(gè)工序都有相對(duì)應(yīng)的責(zé)任人。樣件生產(chǎn)后，產(chǎn)品工程師需對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行確認(rèn)并簽字。油泵交樣時(shí)，需提供生產(chǎn)工藝合格的完整報(bào)告。

3 結(jié)論

油泵的噪音惡化原因分析需要詳細(xì)拆解油泵進(jìn)行綜合分析，在對(duì)轉(zhuǎn)子、泵蓋、泵殼、葉輪等各個(gè)部件進(jìn)行全面地分析以后，才能找到問題的真正原因，進(jìn)行有針對(duì)性地更改。

本文中出現(xiàn)的油泵噪音惡化問題是由泵芯裝配時(shí)蓋壓接深度過大造成的，通過詳細(xì)分析泵蓋壓接的工藝過程，找出解決方法，優(yōu)化泵芯生產(chǎn)過程中的工藝質(zhì)量管控，確保無不合格油泵流出生產(chǎn)線。