淺談?wù)婵毡眯阅軆?yōu)化設(shè)計

歐力郡，陸榮榮，陳懷望

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

前言

真空泵在汽車上的應(yīng)用，最早來源于制動系統(tǒng)的要求，特別是車輛總重低于5噸的柴油發(fā)動機車輛。因整體布置和發(fā)動機的限制，不能合理配置壓氣機等其它助力裝置，這樣就造成剎車力大，舒適性低的缺點。于是就需要其它助力系統(tǒng)來彌補這個缺點。

真空泵體積小，可靠性高，布置方便，對整車幾乎不做任何改動，這樣真空泵就在整車得到了應(yīng)用。隨著汽車技術(shù)的發(fā)展，真空泵作為一種動力源，在汽車上的應(yīng)用也越來越廣泛，真空泵是真空系統(tǒng)的真空來源，在發(fā)動機進(jìn)氣管真空不足或沒有真空時，為汽車的某些部件提供真空，如真空制動助力器等。如果真空泵抽真空能力不足，會使得連續(xù)制動時費力，產(chǎn)品流向市場會影響品牌形象，降低客戶使用滿意度。

本文主要針對某柴油機真空泵抽真空能力不足的問題，通過真空泵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，提高真空泵性能。

1 真空泵簡介

1.1 現(xiàn)狀描述

某整車項目開發(fā)階段，發(fā)現(xiàn)存在連續(xù)制動費力的問題，經(jīng)排查，導(dǎo)致連續(xù)制動費力的原因為真空泵性能不足。

1.2 單葉片式真空泵簡介

本文中所述真空泵為單葉片式真空泵，驅(qū)動扭矩通過發(fā)動機凸輪軸和真空泵連接器來使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而帶動單葉片沿著真空泵容腔的輪廓，并以容腔的偏心位置進(jìn)行轉(zhuǎn)動。單葉片的上下分為兩個容腔，上側(cè)為真空腔，隨著單葉片的旋轉(zhuǎn)其容腔的容積越來越大，從而產(chǎn)生真空度同時通過與真空助力器相連接并帶有單向閥的進(jìn)氣口使真空助力器增加真空度，下腔為壓縮腔，隨著單葉片的旋轉(zhuǎn)其容腔的容積越來越小，將潤滑油和從真空助力器中抽取的空氣壓縮到發(fā)動機。

1.3 性能測試方法及目前性能

發(fā)動機熱機一段時間后熄火，踩剎車將真空助力器內(nèi)真空消耗，直至真空度讀數(shù)為零，啟動發(fā)動機（怠速、空調(diào)壓縮機不開）后開始測量真空泵管內(nèi)真空度。從0kPa至80kPa，每隔10kPa記錄時間，共測試兩組數(shù)據(jù)，取平均值。

用以上測試方案，共取3個結(jié)構(gòu)優(yōu)化前的真空泵樣件，進(jìn)行抽真空能力測試測試，表1為這3個真空泵達(dá)到66.7KPa（2/3個大氣壓力）的真空度及達(dá)到80KPa的真空度所需要的時間。

可看出結(jié)構(gòu)優(yōu)化前真空泵到達(dá)66.7KPa真空度需要的時間在11S以上，到達(dá)80KPa的真空度需要的時間在20s以上。

表1 優(yōu)化前到達(dá)特定真空度所需要的時間

2 優(yōu)化分析

經(jīng)真空泵拆解發(fā)現(xiàn)，由于泵腔體比轉(zhuǎn)子直徑大的多，所以在此處形成的密封面極小，幾乎是線密封，密封效果不能很好的保證。從而會使得真空腔中的真空度提高較慢。同時，泵腔與轉(zhuǎn)子之間的密封間隙受螺釘孔大小及位置度影響較大，裝配時此處間隙有可能會放大，進(jìn)一步降低密封效果。

圖1 真空泵結(jié)構(gòu)示意圖

通過以上的分析，確定真空泵性能相比不足的主要原因為：泵腔內(nèi)部進(jìn)、排氣腔室密封不良，相互串氣。具體問題點總結(jié)如下：

A泵腔型線為圓滑橢圓，與轉(zhuǎn)子間隙油密封為線密封，泵腔內(nèi)部壓力太大，線密封密封效果不理想，真空泵運行時吸氣腔室和排氣腔室相貫通，抽氣效率降低；

B泵蓋位置度過大導(dǎo)致泵腔壁與轉(zhuǎn)子間隙變化太大，引起泵腔壁與轉(zhuǎn)子間隙處密封不良。放大低溫放熱的曲線可看到，噴油提前角越大，放熱率曲線提前了。但是當(dāng)噴油提前角進(jìn)一步提前時，放熱又會推遲，這是因為噴油提前角很大時，缸內(nèi)混合氣更加均勻使得柴油稀薄的分布在缸內(nèi)，減少了活性高的區(qū)域。

3 整改措施

如圖2所示，在泵腔中增加一小段與轉(zhuǎn)子等大的圓弧，改變泵腔局部型線，同時移動轉(zhuǎn)子的偏心距，使轉(zhuǎn)子能夠與泵腔密封面良好貼合，增強密封效果。為保證泵腔與轉(zhuǎn)子的配合間隙不會因裝配發(fā)生變化，在泵體和泵蓋相應(yīng)位置增加定位銷。具體改進(jìn)方案總結(jié)如下：

A 針對“泵腔型線為圓滑橢圓，與轉(zhuǎn)子間隙油密封為線密封，泵腔內(nèi)部壓力太大，線密封密封效果不理想，真空泵運行時吸氣腔室和排氣腔室相貫通，抽氣效率降低”問題點改進(jìn)方案：更改泵腔局部線型，使轉(zhuǎn)子與泵腔壁的線密封優(yōu)化為面密封形式，增強密封能力，減輕泵腔進(jìn)、排氣腔室串氣情況。

圖2 真空泵型線形狀優(yōu)化示意圖

B針對“泵蓋位置度過大導(dǎo)致泵腔壁與轉(zhuǎn)子間隙變化太大，引起泵腔壁與轉(zhuǎn)子間隙處密封不良”問題點改進(jìn)方案：在泵蓋和泵體適宜位置增加定位銷進(jìn)行精定位，從而提高配合精度。

綜上所述，為使優(yōu)化該真空泵性能，采取以下措施：

1）改變泵腔內(nèi)部進(jìn)排氣腔室密封結(jié)構(gòu)，消除相互竄氣的情況，從而減少壓力建立時間；

2）在泵蓋和泵體適宜位置增加定位銷進(jìn)行精定位，提高配合精度，減少壓力損失，縮短壓力建立時間。

4 方案驗證

4.1 整改件測試

確定整改方案后，對整改件進(jìn)行了測試，并在整車進(jìn)行了驗證工作，整改后的真空泵的抽真空性能效果良好。

表2 整改件測試結(jié)果

從表中可看出，兩個件達(dá)到66.7Kpa的真空度時所用的時間在5s左右，達(dá)到80Kpa的真空度所需時間均不超過10s。

4.1 整車試驗

整改件經(jīng)400小時耐久試驗后，對其性能在整車上進(jìn)行測試，進(jìn)一步確定其提升效果。試驗結(jié)果如下表：

表3 整車測試結(jié)果

從試驗結(jié)果看出，達(dá)到66.7Kpa的真空度時所用的平均時間縮短到 7.53s，達(dá)到 80Kpa的真空度所需的平均時間為11.535s，改進(jìn)效果明顯。

5 結(jié)語

本文通過拆解分析，找出真空泵性能不足的原因為真空泵腔內(nèi)部進(jìn)、排氣腔室密封不良，相互串氣，影響真空泵抽真空能力，從而導(dǎo)致真空泵性能不足。并通過相應(yīng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提升真空泵性能，使整車連續(xù)制動性能得以提高。