某转子机油泵阶次噪声优化

朱东升，许涛，陆荣荣，阮仁宇



某转子机油泵阶次噪声优化

朱东升，许涛，陆荣荣，阮仁宇

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

现代汽车发动机使用的机油泵主要是转子机油泵，该机油泵结构紧凑、供油量大，但是其结构设计不合理，往往会产生较大的噪声。文章对某型发动机的转子机油泵产生的阶次噪声的原因进行分析，并通过Benchmark，对标竞品机油泵，找出噪声产生的主因，然后针对主因提出优化方案，最后对优化样件进行试验验证。

机油泵；转子；阶次噪声；优化

前言

目前，汽车在家庭消费中越来越普及，消费者不仅仅满足于汽车简单的代步功能，而是对汽车的品质感有更高的诉求。NVH性能是汽车在噪声和振动方面的综合表现，也是给用户最直接、最表面的感受，消费者不光需要一辆动力强劲、经济省油的汽车，更希望它是一辆安静舒适的汽车。因此，开发高性能低噪声的发动机已经成了各主机厂追求的目标。

发动机几乎所有的零部件都会产生噪声震动，而每种噪声产生的机理都不同，因此相应的降噪措施也不同。本文研究的是某发动机的转子机油泵产生的阶次噪声，对其噪声产生的原因进行分析，并进行相应优化，最终进行试验验证。

1 阶次噪声

1.1 阶次的定义

阶次是结构旋转部件因旋转造成的振动或/和噪声的响应，其与转速和转频之间有对应关系，确切的来说是转速或转频的倍数。

结构的振动噪声响应通常出现在转速的倍数或者分数处，也就是阶次处。

阶次关系由结构特点所确定，参考不同，阶次关系也不同。

1.2 阶次分析的重要性

运动系统产生的响应大多数情况下都与特定的阶次有关，在特定的阶次上会出现相应的响应，比如曲轴、活塞、机油泵、发电机等零件，其阶次的响应是不同的。

通过阶次分析，可以确定每一个独立零部件对整个系统的振动噪声的贡献，还可以帮助确定振动噪声的来源，以方便我们进行减震、降噪工作。

阶次噪声的阶次为阶次基频及其倍数，可以用colormap图和阶次切片图来表示阶次噪声情况，通过colormap图可快速找到产生噪声的阶次，而阶次切片图可用来表示多个阶次之间的大小比较。

1.3 阶次如何计算

阶次数是相对于第1阶次的每转事件的比率（即每转发生的事件数），其计算方法为：

齿轮的阶次数=旋转轴的速比*齿数，啮合齿轮对的阶次是相同的。

在计算阶次时，将某一实际测量的转速作为第一阶次，其它旋转部件的阶次通过传动比确定阶次数。对于发动机来说一般是相对于曲轴转速。

比如：

（1）水泵皮带轮与曲轴转速的速比为1.4，那么水泵皮带轮的阶次数为1.4；

（2）机油泵传动轴与曲轴转速的速比为0.8，齿轮齿数为7，那么机油泵齿轮的阶次数为0.8*7=5.6。

2 原因分析

2.1 现状分析

NVH项目组反馈某发动机存在异响，经半消声室测得噪声map图和现场实车主观评价，确认存在啸叫问题。通过对油底壳和进气侧的声音监测，发动机在各工况均存在啸叫问题，其中加速工况最为明显。

从map图中（如图1所示）可以看出发动机存在明显的5.4阶次基频及其倍数的噪声，且油底壳处反馈的噪声最大。考虑油底壳内可能会出现的阶次噪声为机油泵与链条之间、机油泵转子之间。

图1 1m声压级噪声频谱

由于该发动机机油泵为转子机油泵，其由链条通过曲轴进行传动，机油泵的传动比为29/32,内转子齿数为6，内转子的基频阶次为(29/32)*6=5.4阶，由此可以判断机油泵阶次噪声是由转子旋转造成的。

2.2 噪声原因分析

为了找出阶次噪声产生的原因，利用Benchmark，我们对比转子类型相似的大众EA211机油泵和现代机油泵。通过噪声主观评价，两款竞品机油泵均优于本机油泵（后文将本机油泵称为问题机油泵）。为锁定阶次噪声的末端因子，对三款机油泵进行拆解。

针对机油泵传动零件进行对比，通过对比发现，以上两款竞品机油泵在转子侧隙、外转子与泵腔、泵盖的间隙、传动轴与内转子的间隙等尺寸相对问题机油泵的更小，且三款机油泵转子型线也有不同。

图2 转子型线对比图

图2所示的是问题机油泵转子和竞品机油泵转子的型线对比。从以上两种机油泵转子型线可以看出，问题机油泵的转子啮合时，转子只有三个齿接触，其中两个齿负责传动，一个齿负责密封，且齿间接触为尖角接触，这种转子传动效率高，转子的磨损较低、寿命较高；但由于其转子间啮合不连续，啮合声音易断点，且其为尖角接触，转子间撞击声较大。竞品转子泵的内外转子啮合时，各齿时刻保持接触，啮合时的齿间撞击噪声更为连续，不断点；且转子齿顶形状并没有为了减少接触而特别设置的尖角形状，而是圆弧形状，齿间撞击所产生的噪声也比问题机油泵的转子要小。表1为两种机油泵的对比数据。

表1 机油泵对比数据

3 方案制定及验证

3.1 方案制定

通过前文的分析，可以看出影响机油泵阶次噪声的主要原因有以下两点：

（1）转子旋转工作时的稳定性，反馈到机油泵旋转件上即传动轴、内转子、外转子、泵腔间的配合间隙和精度；

（2）转子的型线，即转子啮合时的齿型和啮合的齿数。

针对以上两点，对机油泵制定了两种优化方案：

方案1：优化旋转件之间的间隙，见表2。

表2 间隙优化数据

方案2：在方案1的基础上，将机油泵转子型线更改为低噪音的新型线。

3.2 试验验证

优化样件到件后首先进行发动机台架NVH测试，测试工况为阶次噪声最明显的加速工况。从测试结果来看（如图3所示），优化方案1机油泵阶次噪声相比原状态下降了5-20dB（A），优化方案2在优化方案1的基础上可进一步降低5-10dB（A），方案2效果较方案1好。

图3 1m噪声频谱对比图

针对方案2进行整车NVH试验确认。从试验结果来看（如图4、5所示），油底壳振动及近场噪声5.4整数倍阶次峰值显著降低，且主观感受加速工况机油泵啸叫声明显改善。

图4 油底壳震动

图5 油底壳近场5.4阶次噪声

根据NVH台架试验和整车消音室的试验结果，最终选定方案2作为最终方案。

4 结论

转子机油泵是目前汽车发动机最常用的机油泵结构形式，但是其产生的阶次噪声也是困扰机油泵设计人员的难题。从本文的研究来看，旋转件之间的间隙以及转子型线都是影响阶次噪声的主要因素，需要在设计过程中重点把握。

[1] 陈家瑞.汽车构造[M].北京:人民交通出版社. 2002,6.

[2] 刘杰等.转子机油泵阶次噪声的优化分析[J]内燃机与配件,2016（11）.

Optimization of Order Noise of Rotor Oil Pumps

Zhu Dongsheng, Xu Tao, Lu Rongrong, Ruan Renyu

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

the oil pumps used in modern automobile engines is mainly rotary pumps. This kind of oil pump has a compact structure and large oil supply, but its structural design is unreasonable and often produces great noise. This article analyzes the causes of the order noise generated by a certain type of engine’s rotor oil pump, and by benchmark, finds the main cause of the noise produced by the benchmark oil pump, then proposes an optimization plan for the main cause, and finally carries out the optimization of the sample and then tests.

oil pump; rotor; order noise; optimization

U467.4+93

A

1671-7988(2018)24-145-03

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朱东升，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2018.24.052