某發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵優(yōu)化與分析

姚巍，王次安，王宏大

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某發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵優(yōu)化與分析

姚巍，王次安，王宏大

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

針對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)在冬季標(biāo)定工況過程中出現(xiàn)的機(jī)油泵異響問題展開研究，首先對(duì)原狀態(tài)機(jī)油泵進(jìn)行分析，確定機(jī)油泵產(chǎn)生異響的原因，然后提出不同優(yōu)化方案，對(duì)機(jī)油泵進(jìn)行分析，確定最佳機(jī)油泵設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

CFD；優(yōu)化

引言

潤(rùn)滑系統(tǒng)重要總成部件為機(jī)油泵，其作用是保證潤(rùn)滑油在潤(rùn)滑系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，能夠保證在發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)轉(zhuǎn)速下都有足量的機(jī)油，保證系統(tǒng)的正常潤(rùn)滑[1]。目前應(yīng)用較為廣泛的機(jī)油泵為轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵，該種類型機(jī)油泵主要由內(nèi)轉(zhuǎn)子，外轉(zhuǎn)子，泵體、泵蓋及限壓閥組成[2]。轉(zhuǎn)子機(jī)油泵具有較多的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊，有較高的吸油真空度等優(yōu)點(diǎn)，所以該類型機(jī)油泵應(yīng)用廣泛[3]。對(duì)于機(jī)油泵有不同的研究方法，目前很多工作人員采用CFD分析方法開展機(jī)油泵的分析與研究[4]。

本文也是采用CFD分析方法對(duì)某發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵展開研究，進(jìn)行不同方案的分析，最終確定最佳優(yōu)化方案。

1 原機(jī)油泵分析

某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)在冬季標(biāo)定過程中出現(xiàn)機(jī)油泵異響問題，通過對(duì)機(jī)油泵噪音分析，認(rèn)為主要噪音源為液體流動(dòng)產(chǎn)生的脈動(dòng)噪音。所以先對(duì)原狀態(tài)機(jī)油泵進(jìn)行CFD分析，首先對(duì)機(jī)油泵進(jìn)行流體區(qū)域的抽取，具體流體模型如圖1所示。包括進(jìn)出口區(qū)域和轉(zhuǎn)子區(qū)域，然后對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分利用轉(zhuǎn)子泵模型完成轉(zhuǎn)子區(qū)域的網(wǎng)格劃分，對(duì)進(jìn)出口區(qū)域進(jìn)行二叉樹網(wǎng)格的劃分，并定義流體屬性。

圖1 機(jī)油泵流體區(qū)域

計(jì)算工況為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速2000rpm工況，機(jī)油溫度為120℃，給定進(jìn)口壓力為1bar，出口壓力為2.13bar，定義機(jī)油黏度及機(jī)油密度，設(shè)置收斂條件及轉(zhuǎn)子中心，對(duì)模型進(jìn)行分析，最終得到分析結(jié)果如圖2和圖3所示。

圖2 機(jī)油泵壓力云圖

根據(jù)圖2機(jī)油泵壓力云圖可知壓力分布狀態(tài)正常，分析模型可靠，另外該工況下機(jī)油泵流量分析結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合較好，說明分析結(jié)果可靠。

圖3為轉(zhuǎn)子區(qū)域放大圖，圖中標(biāo)注1為低壓區(qū)，標(biāo)注3為高壓區(qū)，標(biāo)注2為中間閉死區(qū)間，根據(jù)壓力分析云圖可知，原狀態(tài)機(jī)油泵閉死區(qū)間較大，會(huì)產(chǎn)生壓力較低區(qū)域，然后壓力再升高，壓力的升高與降低會(huì)造成機(jī)油泵產(chǎn)生流動(dòng)噪音。所以需要對(duì)機(jī)油泵結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

2 優(yōu)化結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)分析可知，機(jī)油泵產(chǎn)生噪音的主要原因是中間閉死區(qū)間過大，所以對(duì)閉死區(qū)間進(jìn)行優(yōu)化，共進(jìn)行四種優(yōu)化方案的分析與驗(yàn)證。方案一為優(yōu)化閉死區(qū)間位置，使閉死區(qū)間位于轉(zhuǎn)子區(qū)域最大位置，同時(shí)減小閉死區(qū)間1mm。方案二通過增加卸荷槽的方式，減小兩側(cè)閉死區(qū)間1mm。根據(jù)分析結(jié)果圖4可知，方案一優(yōu)于方案二。方案三在方案一的基礎(chǔ)上繼續(xù)縮小閉死區(qū)間1mm，根據(jù)圖4方案三分析結(jié)果可知，閉死區(qū)間位置的轉(zhuǎn)子區(qū)域壓力進(jìn)一步降低，但是仍然高于其他區(qū)域。方案四在方案三的基礎(chǔ)上將閉死區(qū)間再縮小0.5mm，相同工況下機(jī)油泵閉死區(qū)間位置的轉(zhuǎn)子區(qū)域壓力過渡更加平緩，沒有壓力較高位置，說明優(yōu)化方案有效。另外根據(jù)分析結(jié)果可知，方案四機(jī)油泵性能較原方案相比機(jī)油泵性能提升3.7%，提升明顯。

圖4 不同方案轉(zhuǎn)子區(qū)域壓力云圖

3 結(jié)束語

基于機(jī)油泵產(chǎn)品開發(fā)過程中出現(xiàn)的機(jī)油泵異響問題開展研究，首先對(duì)原設(shè)計(jì)狀態(tài)的機(jī)油泵進(jìn)行CFD分析，確定機(jī)油泵異響的原因，然后基于異響進(jìn)行優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)，一共提出四種優(yōu)化方案，并對(duì)四種優(yōu)化方案進(jìn)行建模分析，得到相同工況下的機(jī)油泵壓力云圖，根據(jù)對(duì)比可知方案四優(yōu)化效果最好，可以有效降低轉(zhuǎn)子域壓力最高位置，使壓力過渡更加平緩，可以有效的防止機(jī)油泵脈動(dòng)噪音的產(chǎn)生。另外通過優(yōu)化機(jī)油泵局部結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)油泵性能提升3.7%，提升了機(jī)油泵的容積效率，優(yōu)化效果明顯。

[1] 陳家瑞.汽車構(gòu)造[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011:239.

[2] 李宏.汽車發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)造與維修[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2011:215.

[3] 郭帥,何慶中等.基于CFD新型機(jī)油泵容積效率分析及實(shí)驗(yàn)研究[J].機(jī)床與液壓,2014,(17):84-88.

[4] 龔金科等.轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵內(nèi)流場(chǎng)CFD分析及實(shí)驗(yàn)研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2007,(5):14-18.

Optimization and Design of Engine oil pump

Yao Wei, Wang Ci'an, Wang Hongda

( Anhui Jianghuai Automobile Group Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )

The oil pump of the engine have the noise during the test. And the research is carried out based on this problem. Firstly, the analysis of the oil pump is carried based on CFD method, and find the cause of noise. Then different design model is researched by analysis method, at last the optimization model is confirmed.

CFD; optimization

U464

A

1671-7988(2019)09-177-02

U464

A

1671-7988(2019)09-177-02

姚巍，男，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，從事發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)及NVH設(shè)計(jì)研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.057