燃油泵噪音恶化问题分析及质量优化

2018-07-26尤惠英张启迪

汽车实用技术 2018年13期

尤惠英，张启迪

（上海汽车集团股份有限公司技术中心，上海 200086）

引言

随着我国经济的快速发展，汽车保有量越来越高[1]。汽车市场正逐步走向成熟，人们对汽车的要求不仅仅停留在代步工具上，同时对汽车的品质提出了更高的要求。噪声水平是整车品质的一个重要体现，用户对噪声的关注日益增加。对于燃油系统而言，油泵是整个系统最主要的噪声发生源。

随着发动机噪音水平的不断提升，在乘客舱内，油泵的噪音问题就越来越凸显出来。因此，在燃油系统开发过程中，对燃油泵的噪音控制提出了更高的要求。针对噪音问题，解决方案主要有两个方向，一是降低噪声源，二是优化传递路径。具体方案需要结合实际问题，从成本、实施效果等综合考虑，最终找出最优的解决方案。

油泵的主要作用是向发动机供给燃油。油泵最核心的部件是泵芯，泵芯是叶轮泵，是整个油泵最主要的噪声源。油泵工作时叶轮高速旋转，转速高达数千转[2]。叶轮高速旋转时，噪声的主要产生来源有两个方面：一是转子的不平衡，另一个是换向器换向摩擦[3]。由于油泵装配在油箱内，且位于后排座椅下方。因此，车辆怠速时，油泵噪音的表现会直接影响后排乘客的主观感受。油泵噪音的频率主要集中在100至1000Hz范围内，如果油泵工艺质量控制不当，某一低频频率噪声明显，乘客舱内的噪声将会非常扰人[4]。因此对油泵的噪音控制显得尤为重要。

1 某车型燃油泵噪音问题

1.1 问题描述

某车型开发过程中，在进行整车怠速NVH噪音测试时，发现一个月内前后两次噪音测试结果呈恶化趋势。如图1所示，一个月前的测试结果总声压级为38.1dB，满足整车VTS要求的怠速无负荷工况下，车内噪声总声压级低于 39dB的要求，一个月后的测试结果总声压级为41.6dB，总声压级升高3.5dB，噪音水平超出VTS要求，主观感受恶化明显。

图1 整车怠速噪音测试结果对比

1.2 原因排查

噪声的问题通常是系统性的问题，为正确找出整车怠速噪音恶化的故障原因，首先需要找出噪声源以及相应的传递路径。从整车怠速噪音测试的频谱图上可以看出，怠速噪音变化主要集中在100-500Hz范围内，而油泵转子前三阶频率在此范围内，因此重点排查该问题是否由油泵造成。

为了快速而直观的排查是否是油泵的原因，将故障车辆上的油泵更换下来，进行台架噪音测试，与油泵装配到问题车辆之前的噪音测试结果进行对比，结果如图2所示。

图2 油泵台架噪音测试结果对比

从结果看出，油泵前后台架噪音测试总声压级由40.29dB变化为41.78dB，总声压级升高1.5dB。在此过程中，整车未更换其它零件，传递路径上没有任何零件变更，此结果表明整车怠速噪音恶化的问题可能与油泵自身相关，油泵内部可能出现异常状况。因此将油泵泵芯拆解，作进一步故障分析，按照鱼骨图3分析，与燃油泵噪音相关的油泵分析部件如下。

图3 油泵噪声分析相关部件鱼骨图

1.2.1 泵芯转子动平衡分析

燃油泵旋转机械分为转子和定子，对转子而言，与噪声相关参数是转子的动平衡量。转子转动时由于质量的不平衡引起转子振动，这是转子产生噪声问题的根本原因。转子的动平衡与转动的基频相关，可以从油泵噪声或振动频谱图上看出。转子出厂时，动平衡 100%全检且有检测报告，针对该问题重点排查是否存在转子内部有注塑缺陷，转子浸泡油后使动平衡量增大，导致噪音明显升高。泵芯转子如图4所示。

图4 泵芯转子

泵芯拆解后首先将转子放置到动平衡机上，测量转子的动平衡量，从表1的测试结果可以看出，转子在整车上运作一定时间后，动平衡量仍在设计要求限值范围内，结果合格。

表1 转子动平衡量测试结果

1.2.2 泵芯支架与泵室分析

排除了转子异常造成噪音恶化的原因后，接着查看泵芯的定子。泵芯的定子分为泵芯支架上的轴承以及泵室上的轴承，这两个轴承均为滑动轴承，需要重点排查轴承的尺寸，即测量内径及同轴度尺寸，即泵芯支架内径与支架同轴度以及泵室内径与轴承同轴度，如图5所示。

图5 泵芯支架与泵室

具体内径及同轴度测试结果见表2，结果显示支架及轴承的内径与同轴度均在尺寸公差范围内，无异常现象。

表2 内径与同轴度测试结果

1.2.3 泵芯泵盖与叶轮分析

分析完转子和定子的相关参数后，接下来分析叶轮。将拆解下来的泵盖与叶轮进行放大观察，发现泵盖与叶轮上均有明显的异常磨损，如图6所示。

图6 (a) 泵盖异常磨损图6(b) 叶轮异常磨损

泵盖及叶轮出现异常磨损，说明泵芯工作时叶轮与泵盖之间发生了碰磨现象，需要排查泵盖与叶轮之间的间隙，但是故障件经拆解后已无法测量此间隙。泵室和泵盖之间的间隙是由泵芯支架装配时压接泵盖的工艺决定的，因此可以通过测量泵壳上的压接深度来判断泵盖与叶轮之间的间隙是否合格，如图7所示。

图7 泵盖压接点

泵盖的压接深度是以泵盖底部平面为基准面，测量该平面到压接点底部之间的距离，如图8所示。此处设计深度h为 4.3-4.4mm，但经尺寸测量，故障件该处的实际深度为4.5mm。显然，在泵芯装配时，泵盖压接深度过大，使得泵室和泵盖的间隙小于设计要求值，造成了泵盖与叶轮间隙过小，从而引起泵盖与叶轮的异常磨损，导致油泵噪音恶化。

图8 泵盖压接深度

1.3 根本原因分析

通过以上的泵芯拆解分析，可以得出导致油泵噪音恶化的原因是泵芯的泵壳压接泵盖这一工序不合格。如果想从根本上避免该不合格项出现在产品上，就需要进一步分析该工序的详细过程，找出根本的解决方案。

如图9所示，泵盖的压接是以压接刀具的横向进给实现的。因为不同模腔、不同批次生产出来的泵壳及泵盖尺寸偏差均不同，所以为了保证泵盖的压力深度在4.3-4.4mm的设计要求范围内，每批次生产时均需要调整刀具与工装基准H，调节精度为0.1mm。

图9 泵盖压接过程

故障车辆上的油泵为工程样件非批产样件，通过对油泵样件生产过程的排查，发现泵芯生产时未按照批产样件进行质量控制，在泵芯装配时，没有根据泵盖及泵壳的尺寸重新调节刀具与工装基准之间的距离H，导致泵盖压接深度不合格品流出。油泵经过一段时间的运转，泵壳与叶轮过度磨损，使得叶轮运转不平稳，噪音恶化。

2 工艺质量优化

2.1 泵芯压接深度工艺要求

找出了故障车辆上油泵噪音恶化的原因后，针对这些样件生产过程中的不当点进行相应的工艺质量优化。在泵盖压接时，要求控制过程与批产样件相一致，即泵盖缩口打点前，必须检查泵盖模具模腔号，先进行试压接，压接后拆解泵芯用砂纸打磨确认无异常变形后才能进行此批次泵盖压接。

2.2 样件生产管理过程优化

虽然泵芯生产过程中的要点已经明确，但若无相应的管控流程，仍无法保证样件生产的一致性。因此泵芯样件生产时需要有明确的生产指导书，现场工人根据作业指导书进行生产。产品工程师按照生产工艺中的控制要点，进行逐项确认，要求每个工序都有相对应的责任人。样件生产后，产品工程师需对生产过程进行确认并签字。油泵交样时，需提供生产工艺合格的完整报告。