基于某變排量葉片泵的轉(zhuǎn)子角度對(duì)噪音影響的研究

劉鐵飛 李文 王炯 田清

摘要：變排量葉片泵是當(dāng)前乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)最為常見(jiàn)的機(jī)油泵結(jié)構(gòu)形式，其轉(zhuǎn)子的角度分布直接影響內(nèi)部的油壓波動(dòng)，形成困油現(xiàn)象，從而產(chǎn)生噪音。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子角度試驗(yàn)測(cè)試，為類似結(jié)構(gòu)的噪音優(yōu)化提供參考。

Abstract： The variable displacement vane pump， as the most common type of oil pump structure on the passenger engine.The Angle distribution of its rotor directly affects the internal oil pressure fluctuation， resulting in trapped oil phenomenon， which will result in noise. Verifications are carried out on the difference angle distribution of rotor in noise test lab. This could provide reference for noise optimization of similar structures.

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子角度;噪音;葉片泵

Key words： angle distribution of rotor;noise;vane pump

中圖分類號(hào)：TH137? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）11-0015-03

0? 引言

汽車工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，用戶對(duì)汽車結(jié)構(gòu)與功能的認(rèn)知的深入，對(duì)汽車舒適性的要求和社會(huì)環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，使得車輛NVH性能成為影響車輛舒適型的主要因素。機(jī)油泵作為發(fā)動(dòng)機(jī)的核心運(yùn)動(dòng)零部件之一，階次噪音是最常見(jiàn)的噪音類型，也是比較容易主觀評(píng)價(jià)的噪音類型，階次噪音較大時(shí)可以聽(tīng)到明顯的嘯叫聲，直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)及汽車的聲學(xué)品質(zhì)，特別是在怠速階段的噪音表現(xiàn)尤為關(guān)注。

隨著節(jié)能減排的要求日益嚴(yán)格，變排量葉片泵是現(xiàn)階段乘用車發(fā)動(dòng)機(jī)最為常見(jiàn)的油泵結(jié)構(gòu)形式，轉(zhuǎn)子作為變排量葉片泵一個(gè)重要零部件，起到旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)葉片及與葉片、滑塊等一起分隔成不同的容腔的作用。若分隔腔的角度不同會(huì)對(duì)內(nèi)部的壓力場(chǎng)的分布，油壓波動(dòng)及“困油”現(xiàn)象有著不同影響，從而影響噪音的表現(xiàn)。所以，本文基于某變排量葉片泵對(duì)不同轉(zhuǎn)子角度的分布的噪音情況進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1? 變排量葉片泵結(jié)構(gòu)

某變排量葉片泵主體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由泵體、泵蓋、轉(zhuǎn)子、滑塊、旋轉(zhuǎn)銷、葉片、滑塊彈簧、驅(qū)動(dòng)軸、帶輪等零件組成。該變排量葉片泵通過(guò)帶輪傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)，葉片在轉(zhuǎn)子槽中與滑塊、泵體、泵蓋分隔為七個(gè)工作腔，各腔的角度大小由轉(zhuǎn)子槽的分布角度決定的，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈，則泵油七次。每一次泵油都有一次油液脈動(dòng)，轉(zhuǎn)子槽角度分布不同會(huì)導(dǎo)致油液的封油的關(guān)閉，釋放的不同，產(chǎn)生不同的油液脈動(dòng)。

2? 轉(zhuǎn)子角度的分布類型

本文選擇了五種不同角度分布的七葉片轉(zhuǎn)子進(jìn)行分析研究，角度分布分別是：①對(duì)角相補(bǔ)布局：（51°-49°-54°-51°-52°-54°-49°）;②遞增布局：（51.5°-53.5°-55.5°-57°-45.5°-47.5°-49.5°）;③對(duì)稱相等布局：（46.4°-46.4°-46.4°-51.6°-56.4°-56.4°-56.4°）;④對(duì)稱遞增布局：（49°-52.5°-53°-53°-52.5°-49°-51°）;⑤等分布局：（51.4°-51.4°-51.4°-51.4°-51.4°-51.4°-51.6°）。參見(jiàn)圖2所示。

3? Pumplinx模擬分析

通過(guò)對(duì)模型的流體域提取，參見(jiàn)圖3分析流體域模型，采用PumplinxVer02進(jìn)行CFD分析。分析邊界條件為，油泵怠速750rpm，出口壓力150kPa，0W20介質(zhì)，140℃情況下，出油泵出油口截面的流體的壓力波動(dòng)參見(jiàn)圖4所示，表1為泵出口壓力波動(dòng)峰值從圖4中提取的泵出口的壓力波動(dòng)極值和波動(dòng)幅值。從分析的結(jié)果可以看出方案4#對(duì)稱遞增布局波動(dòng)最小，其后依次是5#，1#，3#，2#。

4? 試驗(yàn)驗(yàn)證

在同一臺(tái)油泵上進(jìn)行轉(zhuǎn)子的互換實(shí)驗(yàn)，對(duì)噪音水平的進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。在半消音噪音試驗(yàn)室，距離油泵表面1m位置的左側(cè)、前方、右側(cè)和上方，四個(gè)方位布置麥克風(fēng)采集噪音值，采樣頻率為25600Hz，測(cè)試工況：油液介質(zhì)為5W30，100℃油泵轉(zhuǎn)速750rpm，出口油壓150kPa，設(shè)置出油口到反饋油口的阻尼為50kPa，固定測(cè)試臺(tái)架阻尼閥門。其穩(wěn)態(tài)Overall噪音如表2所示。

其中LpA- 為多點(diǎn)平均聲壓級(jí)，，式中：n-為測(cè)點(diǎn)數(shù)量，Lpi-為第i個(gè)點(diǎn)的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)。從四個(gè)方位上的噪音值看，各方案略有差異，在多點(diǎn)平均聲壓級(jí)可以看出，方案1對(duì)角相補(bǔ)布局為最佳，其后依次是方案5，4，2，3。

在持續(xù)加速噪音測(cè)試工況是油泵轉(zhuǎn)速?gòu)?50rpm升速到5500rpm，升速時(shí)間為120s，在3138rpm時(shí)油泵通過(guò)電磁閥的通斷電，從低壓模式切換為高壓模式，其前方的加速噪聲ColorMap圖如圖5所示?？梢钥闯龈鳒y(cè)試轉(zhuǎn)子角度方案的葉片數(shù)的7階，14階，21階及28階的相關(guān)階次噪聲較為突出，也可從Colormap圖中可看出，不同的角度分布影響了階次特性。

在前方的持續(xù)加速過(guò)程中的Overall的噪聲測(cè)試結(jié)果，從圖6可以看出，方案1對(duì)角相補(bǔ)布局的Overall噪音稍優(yōu)于其他方案。

5? 總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子不同的角度試驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)試，對(duì)壓力波動(dòng)進(jìn)行了仿真分析及對(duì)Overall噪音及階次噪音進(jìn)行了試驗(yàn)測(cè)試，基于同樣的條件下，方案1對(duì)角相補(bǔ)的轉(zhuǎn)子噪音為最優(yōu)，方案4對(duì)稱遞增布局的壓力波動(dòng)為最優(yōu)。通過(guò)仿真及試驗(yàn)測(cè)試識(shí)別了轉(zhuǎn)子的不同角度分布對(duì)壓力波動(dòng)及噪音的影響，為類似結(jié)構(gòu)的噪音優(yōu)化及轉(zhuǎn)子角度設(shè)計(jì)提供參考借鑒。值得一提的是，本次研究測(cè)試是基于泵體蓋上同樣的封油角度進(jìn)行的，不同的封油角度對(duì)應(yīng)不同轉(zhuǎn)子分布角度對(duì)NVH的影響有待后續(xù)進(jìn)一步研究。

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