汽車發(fā)動機機油泵的綜合性能評價

杜東亮

摘 要：機油泵的作用在于將油底殼里的機油經(jīng)過增壓之后向機油過濾器和潤滑油道進行輸送。結(jié)合潤滑發(fā)動機的主要部位來濾清機油。發(fā)動機在工作過程中，機油泵是不斷運行的，足夠的潤滑油必不可少。為了確保汽車發(fā)動機機油泵的設(shè)計水平，該文主要分析了機油泵的幾項主要性能指標，針對不同類型機油泵特點進行了分析，希望可以讓更多人對機油泵這一部位有所了解。

關(guān)鍵詞：汽車工程;機油泵;排量;容積效率

中圖分類號：U46? ? ? ? 文獻標志碼：A

機油泵直接決定了汽車發(fā)動機內(nèi)的潤滑系統(tǒng)是否能夠正常工作，其最早出現(xiàn)在20世紀20年代的論文中，之后很多汽車公司都開始從系統(tǒng)的角度來研究汽車機油泵，汽車機油泵具有多種性能參數(shù)，排量、壓力波動、容積等共同構(gòu)成了一個參數(shù)體系。機油泵設(shè)備選型會在很大程度上影響到其自身的性能，現(xiàn)在最為常見的機油泵類型包括內(nèi)嚙合、外嚙合齒輪泵以及內(nèi)嚙合白線泵和柱塞泵等，齒輪泵的設(shè)計一般會和齒形和齒數(shù)有密切的關(guān)系，近年來研究人員不斷對其進行改造，例如提高排量準確率、保證容積，取得了一定效果。

1 機油泵類型劃分

汽車所使用的機油泵都是起源于液壓泵，經(jīng)過逐漸演化最終形成了現(xiàn)在的樣子。液壓泵包括很多類型，常見的有內(nèi)、外嚙合齒輪泵，離心葉片泵、軸流柱塞泵等，如果能夠滿足排量和工作效率的需要，液壓泵是可以應(yīng)用為機油泵的。

現(xiàn)在汽車鎖應(yīng)用的機油泵大多是容積泵，但具體也可以分為內(nèi)、外嚙合齒輪泵以及內(nèi)嚙合白線泵。如果該發(fā)動機的要求并不高，汽車城廠商往往更加傾向于外嚙合齒輪泵，其有著制造簡單、成本低廉的優(yōu)勢。但是在同等排量的情況下，外嚙合齒輪泵尺寸往往較大，所以困油問題非常明顯，一旦出現(xiàn)了困油，就會導致壓力波動，這也是出現(xiàn)振動和噪聲的重要原因。內(nèi)嚙合擺線泵本身結(jié)構(gòu)較為緊湊，可以有效地避免困油問題，在吸油過程中也具有較高的真空度，結(jié)構(gòu)簡單，所以應(yīng)用非常廣泛?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)子泵正在不斷推廣，已經(jīng)產(chǎn)生了替代外嚙合齒輪泵的趨勢，現(xiàn)在其也已經(jīng)成為機油泵供應(yīng)商重點研發(fā)對象。

除此之外，由于節(jié)能環(huán)保的需求，機油泵供應(yīng)商也開始了變排量機油泵的研發(fā)，變排量葉片泵和變排量轉(zhuǎn)子泵也紛紛出現(xiàn)，其中變排量葉片泵具有較為簡單的結(jié)構(gòu)。在該領(lǐng)域，我國和世界先進水平相差甚遠。

2 排量壓力波動情況

正常來說，排量是指泵軸轉(zhuǎn)動一圈的同時形成的排油體積，這在整個機油泵設(shè)計當中也是最為關(guān)鍵的一項參數(shù)，但是排量的影響要素非常多，正常來說，如果出口壓力過高，就會降低排量。

現(xiàn)在人們對于排量這項指標是最為重視的，如果壓力波動過高，也會增加機油泵的不穩(wěn)定性，非常容易出現(xiàn)空化問題，這給機油泵設(shè)備功能的發(fā)揮造成了很大的影響。為了有效控制壓力波動幅度，確保機油泵的壓力和流量穩(wěn)定性，現(xiàn)在很多從事汽車開發(fā)的廠商都進行了很多改進，但實際上壓力波動無法得到根治。

在液壓傳動的過程中，泵的理論排量可以通過分析并利用經(jīng)驗公式進行計算，而實際排量則可以采用臺架試驗的方式計算。現(xiàn)在用于測試機油泵性能的工具大多難以用于測試壓力波動，但可以結(jié)合實際情況組裝機油泵綜合測試平臺。經(jīng)過一段時間的測試之后可以發(fā)現(xiàn)，如果轉(zhuǎn)速固定，出口壓力越大，則流量越小，轉(zhuǎn)速越高則流量越大，這也是大多數(shù)定排量機油泵的基本特征。但也正是出于這個原因，定排量泵在無法適應(yīng)發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化的情況下有不同的潤滑需求，所以其并不會由于發(fā)動機轉(zhuǎn)速變化而產(chǎn)生不同的潤滑油流量。

3 容積效率

通過實際流量數(shù)據(jù)可以算出實際排量，實際排量和理論排量之間的比值是機油泵容積效率。容積效率也是機油泵指標中的重要項目，可以說這項指標越高，就越接近于理論排量，所以這也是機油泵性能決定要素。機油泵工作過程中，影響容積效率的因素非常多，不僅有出口壓力，同時也有機油泵泄露問題以及流場空化問題。

空化也可以稱為汽蝕現(xiàn)象，如果流場當中的壓強過低，就會直接導致這些區(qū)域出現(xiàn)小氣泡，氣泡內(nèi)是液體蒸汽，將會直接影響到液體的流暢性，這就是空化問題?？栈瘑栴}廣泛地存在于各種流體機械當中，具有很大的危害，舉例來說，機油泵如果出現(xiàn)了空化問題，不僅會降低容積效率，同時氣泡破裂時也會產(chǎn)生較大的振動，出現(xiàn)噪聲。

其實空化問題并不能實際測量和量化，更難以從理論層面上求解，只能通過數(shù)值來模擬預測。軟件模擬已經(jīng)成為其最主要的方式，但很多內(nèi)容仍然有待進一步完善。

4 振動和噪聲問題

齒輪之間的間隙問題是發(fā)動機噪聲和震動產(chǎn)生的根本原因，但時至今日，機油泵轉(zhuǎn)子與齒輪之間的間隙問題仍然得不到有效的解決，其主要是因為在齒輪轉(zhuǎn)動中存在著沖擊荷載。為了更好地改變這一問題，提高車輛行駛的安全性、舒適性，機油泵中存在的振動與噪聲問題越來越受到業(yè)界人士的關(guān)注，另外國際標準化組織（ISO）已經(jīng)提出了相關(guān)標準，液壓傳動中的噪聲級別一般規(guī)定不超過80 dB。

機油泵性能試驗是當前預防噪聲的主要手段，這種方法可以及時地檢測出機油泵振動與噪聲產(chǎn)生的原因，出口壓力之間的變化以及各種關(guān)系。通過最小二乘回歸方法，對機油泵的排量和間隙等參數(shù)進行了相關(guān)研究，推導出徑向間隙和軸向的泄漏量的求解方法。間隙除了會產(chǎn)生泄漏，降低容積效率外，也引起機油泵的振動噪聲問題。相對而言，外嚙合齒輪泵的振動和噪聲問題比較突出，對于傳統(tǒng)的液壓泵，目前已經(jīng)有學者對外嚙合齒輪泵由于嚙合間隙產(chǎn)生的振動和噪聲進行了一些試驗研究。如果在機油泵出油口附近增加一穩(wěn)壓閥，能大幅度地降低內(nèi)嚙合擺線轉(zhuǎn)子式機油泵的噪聲和振動。另外，他們也在早期的文章中對外嚙合齒輪泵的振動和噪聲的產(chǎn)生機理和解決方法進行了研究。通過設(shè)置齒輪泵常見故障，探索了基于振動信號特征融合的齒輪泵故障診斷方法。

5 結(jié)語

該文結(jié)合實際情況，針對其設(shè)計中的因素和要求，從多個角度討論了機油泵的性能，例如機油泵排量、效率以及壓力波動情況，并說明了振動噪聲情況，結(jié)合現(xiàn)階段該領(lǐng)域內(nèi)的研究成果總結(jié)了一系列設(shè)計和分析要點，之后集中闡述了評價指標和方法。經(jīng)過研究，定排量機油泵并不能適應(yīng)于現(xiàn)階段節(jié)能減排的需求，變排量泵的開發(fā)已經(jīng)成為一個必然的趨勢;現(xiàn)在也可以結(jié)合空化模型來模擬油泵空化問題;機油泵振動和噪聲也經(jīng)常受到壓力的波動和機械嚙合的影響，上述問題都是在設(shè)計過程中應(yīng)該重點考慮的。

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