李延鵬 潘玲玲 喻 磊 李文輝 劉 巖 王瑞平，2

（1-寧波吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)零部件有限公司 浙江 寧波 315336 2-浙江吉利羅佑發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司）

引言

各種調(diào)查和測(cè)試結(jié)果表明，汽車噪聲是目前城市環(huán)境中最主要的噪聲源。近年來(lái)，由于汽車在城鄉(xiāng)的普及和汽車工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，控制汽車的噪聲污染越來(lái)越引起人們的重視。在我國(guó)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求[1-2]，分別對(duì)車外、車內(nèi)的噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了定義。

機(jī)油泵是發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的重要組成部分，它的主要作用是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在各轉(zhuǎn)速下都能提供足夠數(shù)量的機(jī)油，以維持足夠的機(jī)油壓力，保證發(fā)動(dòng)機(jī)各運(yùn)動(dòng)件及摩擦副的潤(rùn)滑。

轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)油泵腔內(nèi)壓力會(huì)存在波動(dòng)，特別是高低壓轉(zhuǎn)換時(shí)，壓力波動(dòng)異常明顯。另外，機(jī)油泵腔內(nèi)的渦流、空化都會(huì)導(dǎo)致機(jī)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生振動(dòng)，產(chǎn)生機(jī)油泵噪聲問(wèn)題。

1 轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵階次噪聲問(wèn)題

某車型搭載轉(zhuǎn)子式機(jī)油泵發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，在整車NVH測(cè)試以及臺(tái)架NVH測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)存在階次異響問(wèn)題。

整車NVH測(cè)試時(shí)，在3擋滑行工況，存在11階、22階、33階、44階明顯異響，在4擋WOT工況，高頻嘯叫明顯，主要異響階次為33階，NVH采集數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 整車NVH測(cè)試頻譜圖

發(fā)動(dòng)機(jī)在半消音室模擬空載、半載、滿載的情況下，均出現(xiàn)階次異響，主要階次為11階、22階、33階、44階、55階等，NVH采集數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)NVH測(cè)試頻譜圖

2 噪聲來(lái)源確認(rèn)

階次是機(jī)油泵轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的諧振頻率成分的別稱，與轉(zhuǎn)速相當(dāng)?shù)幕绢l率稱為1階，轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)頻率的n倍的諧振頻率稱為n階。根據(jù)零部件的固有頻率及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速比，可初步確認(rèn)發(fā)動(dòng)機(jī)階次噪聲的來(lái)源[3]。同時(shí)可通過(guò)零部件的壓力脈動(dòng)值進(jìn)行傅立葉轉(zhuǎn)換，得到頻域圖，通過(guò)頻域與階次噪聲頻譜進(jìn)行比較，確認(rèn)階次異響的來(lái)源，該方法相對(duì)比較準(zhǔn)確[4-5]。

在機(jī)油泵上對(duì)應(yīng)地選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖3所示。對(duì)機(jī)油泵其中一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)Point01，通過(guò)傅里葉轉(zhuǎn)換，將壓力脈動(dòng)值轉(zhuǎn)換為頻域圖，如圖4所示。可以看出，發(fā)動(dòng)機(jī)階次噪聲來(lái)源于機(jī)油泵，如圖5所示。同理可得其余監(jiān)測(cè)點(diǎn)的情況。

圖3 機(jī)油泵壓力波動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖

圖4 Point01頻域圖

圖5 Point01機(jī)油壓力波動(dòng)幅值

3 機(jī)油泵階次噪聲原因分析

3.1 機(jī)油泵腔室壓力分布分析

機(jī)油泵腔室壓力分布如圖6所示。從圖6可以看出，機(jī)油壓力波動(dòng)最大位置發(fā)生在轉(zhuǎn)子進(jìn)出油腔區(qū)域，此時(shí)轉(zhuǎn)子內(nèi)機(jī)油從低壓區(qū)進(jìn)入高壓區(qū)，壓力發(fā)生劇烈變化，該位置是機(jī)油泵階次噪聲的主要來(lái)源。

圖6 機(jī)油泵腔室壓力分布圖

3.2 機(jī)油泵內(nèi)部流動(dòng)分析

圖7 與圖8分別為機(jī)油泵內(nèi)腔出油腔與進(jìn)油腔機(jī)油流動(dòng)情況。

圖7 機(jī)油泵內(nèi)腔出油腔機(jī)油流動(dòng)情況

圖8 機(jī)油泵內(nèi)腔進(jìn)油腔機(jī)油流動(dòng)情況

從圖7、圖8所示的機(jī)油泵內(nèi)部流動(dòng)情況可以看出，機(jī)油泵進(jìn)出油腔存在不同程度的渦流和空化問(wèn)題，易引起機(jī)油泵進(jìn)出機(jī)油不順暢，導(dǎo)致機(jī)油壓力脈動(dòng)，造成機(jī)油泵階次噪聲問(wèn)題。

3.3 機(jī)油泵監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力波動(dòng)情況分析

對(duì)圖3所示的機(jī)油泵壓力波動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意圖上6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行壓力脈動(dòng)分析，分析結(jié)果如圖9所示。

圖9 機(jī)油泵各監(jiān)測(cè)點(diǎn)機(jī)油壓力脈動(dòng)示意圖

從圖9可以看出，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)均存在不同程度的壓力波動(dòng)情況，相對(duì)于其他監(jiān)測(cè)點(diǎn)，位于機(jī)油泵低壓區(qū)轉(zhuǎn)換高壓區(qū)位置監(jiān)測(cè)點(diǎn)Point01的機(jī)油壓力波動(dòng)較大，是機(jī)油泵的主要階次噪聲源。

綜合上述機(jī)油泵階次噪聲來(lái)源確認(rèn)及原因分析可知，機(jī)油泵的階次噪聲產(chǎn)生的原因主要是由于機(jī)油泵的壓力分布、高低油壓轉(zhuǎn)換、機(jī)油壓力脈動(dòng)、進(jìn)出油腔渦流和空化等因素產(chǎn)生激勵(lì)源，造成機(jī)油泵轉(zhuǎn)子在高速轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)，最終形成階次噪聲。

4 機(jī)油泵階次噪聲優(yōu)化改善措施

結(jié)合機(jī)油泵階次噪聲原因分析，根據(jù)機(jī)油泵主要的階次噪聲源，對(duì)機(jī)油泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

4.1 機(jī)油泵泵體和泵蓋的優(yōu)化

圖10為機(jī)油泵泵體和泵蓋優(yōu)化點(diǎn)示意圖。

圖10 機(jī)油泵泵體和泵蓋優(yōu)化點(diǎn)示意圖

從圖10可以看出，在機(jī)油泵泵體、泵蓋處低壓轉(zhuǎn)向高壓區(qū)域增加“鼻梁”結(jié)構(gòu)，以解決機(jī)油泵轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)油的出油量瞬間增大的問(wèn)題，使低壓區(qū)到高壓區(qū)平穩(wěn)過(guò)渡，避免產(chǎn)生突然的油壓波動(dòng)，造成階次噪聲問(wèn)題。特別要注意的是，該鼻梁結(jié)構(gòu)與機(jī)油泵轉(zhuǎn)子的齒形吻合越好，改善效果越明顯。

4.2 機(jī)油泵進(jìn)出油腔的優(yōu)化

圖11為機(jī)油泵出油腔優(yōu)化示意圖，圖12為機(jī)油泵進(jìn)油腔及轉(zhuǎn)子腔優(yōu)化示意圖。

圖11 機(jī)油泵出油腔優(yōu)化示意圖

圖12 機(jī)油泵進(jìn)油腔及轉(zhuǎn)子腔優(yōu)化示意圖

從圖11、圖12可以看出，對(duì)機(jī)油泵進(jìn)出油腔進(jìn)行優(yōu)化，避免結(jié)構(gòu)突變，改為斜坡平緩過(guò)渡結(jié)構(gòu)，在滿足機(jī)油泵內(nèi)腔深度的前提下，將機(jī)油泵內(nèi)腔不必要的空間進(jìn)行填平。以上優(yōu)化措施都是從避免或降低機(jī)油泵內(nèi)腔渦流和空化的角度出發(fā)。

4.3 機(jī)油泵內(nèi)腔轉(zhuǎn)子支撐面的優(yōu)化

圖13為機(jī)油泵內(nèi)腔轉(zhuǎn)子支撐面優(yōu)化示意圖。

圖13 機(jī)油泵內(nèi)腔轉(zhuǎn)子支撐面優(yōu)化示意圖

從圖13可以看出，對(duì)機(jī)油泵內(nèi)腔轉(zhuǎn)子支撐面進(jìn)行優(yōu)化，使轉(zhuǎn)子支撐面分布更均衡，受力更均勻，這樣轉(zhuǎn)子在外部激勵(lì)源的影響下，受力更均勻，運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)，可減少轉(zhuǎn)子自身運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)，降低或避免階次噪聲問(wèn)題。

5 機(jī)油泵階次噪聲優(yōu)化改善效果

上述機(jī)油泵內(nèi)腔優(yōu)化改善措施實(shí)施后，通過(guò)仿真分析及樣件測(cè)試評(píng)估可知，改善效果明顯，機(jī)油泵階次噪聲問(wèn)題得到了有效解決。

5.1 優(yōu)化后機(jī)油泵腔室壓力對(duì)比

圖14為優(yōu)化前后機(jī)油泵腔室壓力分布對(duì)比。

圖14 優(yōu)化前后機(jī)油泵腔室壓力分布對(duì)比

從圖14所示的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)油泵優(yōu)化后，高低壓轉(zhuǎn)換區(qū)域壓力波動(dòng)明顯減弱。

5.2 機(jī)油泵壓力波動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)及頻域?qū)Ρ?/h3>

圖15為Point01機(jī)油壓力波動(dòng)幅值優(yōu)化前后對(duì)比，圖16為Point01優(yōu)化前后頻域圖對(duì)比。

圖15 Point01機(jī)油壓力波動(dòng)幅值優(yōu)化前后對(duì)比

圖16 Point01優(yōu)化前后頻域圖對(duì)比

從圖15、圖16可以看出，對(duì)于壓力波動(dòng)最大的監(jiān)測(cè)點(diǎn)Point01，優(yōu)化后，壓力波動(dòng)幅值明顯降低，階次噪聲明顯下降。

5.3 優(yōu)化前后半消聲室測(cè)試對(duì)比

圖17為半消聲室機(jī)油泵優(yōu)化前后測(cè)試對(duì)比，圖18為半消聲室機(jī)油泵優(yōu)化前后各階次點(diǎn)測(cè)試對(duì)比。

從圖17、圖18可以看出機(jī)油泵各階次噪聲明顯降低，改善效果明顯。

5.4 優(yōu)化前后整車駕駛員主觀感受

原機(jī)油泵運(yùn)行時(shí)，在駕駛室內(nèi)可聽(tīng)到從前艙發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出明顯的噪聲。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，駕駛室內(nèi)主觀評(píng)價(jià)較好，未發(fā)現(xiàn)明顯的機(jī)油泵階次噪聲問(wèn)題，NVH評(píng)分滿足要求。

圖17 半消聲室機(jī)油泵優(yōu)化前后測(cè)試對(duì)比

圖18 半消聲室機(jī)油泵優(yōu)化前后各階次點(diǎn)測(cè)試對(duì)比

6 結(jié)論

通過(guò)仿真分析手段可確認(rèn)階次噪聲的來(lái)源，是一種較為可靠的分析手段。

機(jī)油泵的階次噪聲問(wèn)題主要是由機(jī)油泵內(nèi)腔的壓力分布不合理、轉(zhuǎn)子運(yùn)行時(shí)低壓區(qū)向高壓區(qū)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的機(jī)油壓力波動(dòng)以及機(jī)油泵內(nèi)腔渦流和空化等因素造成，針對(duì)上述造成機(jī)油泵階次噪聲的因素，可通過(guò)優(yōu)化機(jī)油泵的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)來(lái)避免或降低，達(dá)到降低機(jī)油泵階次噪聲的目的。

優(yōu)化措施中，在機(jī)油泵內(nèi)腔低壓區(qū)轉(zhuǎn)向高壓區(qū)域增加“鼻梁”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可有效改善機(jī)油泵腔內(nèi)壓力波動(dòng)問(wèn)題，大大降低機(jī)油泵階次噪聲的幾率。