浅谈真空泵性能优化设计

欧力郡，陆荣荣，陈怀望

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

前言

真空泵在汽车上的应用，最早来源于制动系统的要求，特别是车辆总重低于5吨的柴油发动机车辆。因整体布置和发动机的限制，不能合理配置压气机等其它助力装置，这样就造成刹车力大，舒适性低的缺点。于是就需要其它助力系统来弥补这个缺点。

真空泵体积小，可靠性高，布置方便，对整车几乎不做任何改动，这样真空泵就在整车得到了应用。随着汽车技术的发展，真空泵作为一种动力源，在汽车上的应用也越来越广泛，真空泵是真空系统的真空来源，在发动机进气管真空不足或没有真空时，为汽车的某些部件提供真空，如真空制动助力器等。如果真空泵抽真空能力不足，会使得连续制动时费力，产品流向市场会影响品牌形象，降低客户使用满意度。

本文主要针对某柴油机真空泵抽真空能力不足的问题，通过真空泵结构的优化设计，提高真空泵性能。

1 真空泵简介

1.1 现状描述

某整车项目开发阶段，发现存在连续制动费力的问题，经排查，导致连续制动费力的原因为真空泵性能不足。

1.2 单叶片式真空泵简介

本文中所述真空泵为单叶片式真空泵，驱动扭矩通过发动机凸轮轴和真空泵连接器来使转子旋转，从而带动单叶片沿着真空泵容腔的轮廓，并以容腔的偏心位置进行转动。单叶片的上下分为两个容腔，上侧为真空腔，随着单叶片的旋转其容腔的容积越来越大，从而产生真空度同时通过与真空助力器相连接并带有单向阀的进气口使真空助力器增加真空度，下腔为压缩腔，随着单叶片的旋转其容腔的容积越来越小，将润滑油和从真空助力器中抽取的空气压缩到发动机。

1.3 性能测试方法及目前性能

发动机热机一段时间后熄火，踩刹车将真空助力器内真空消耗，直至真空度读数为零，启动发动机（怠速、空调压缩机不开）后开始测量真空泵管内真空度。从0kPa至80kPa，每隔10kPa记录时间，共测试两组数据，取平均值。

用以上测试方案，共取3个结构优化前的真空泵样件，进行抽真空能力测试测试，表1为这3个真空泵达到66.7KPa（2/3个大气压力）的真空度及达到80KPa的真空度所需要的时间。

可看出结构优化前真空泵到达66.7KPa真空度需要的时间在11S以上，到达80KPa的真空度需要的时间在20s以上。

表1 优化前到达特定真空度所需要的时间

2 优化分析

经真空泵拆解发现，由于泵腔体比转子直径大的多，所以在此处形成的密封面极小，几乎是线密封，密封效果不能很好的保证。从而会使得真空腔中的真空度提高较慢。同时，泵腔与转子之间的密封间隙受螺钉孔大小及位置度影响较大，装配时此处间隙有可能会放大，进一步降低密封效果。

图1 真空泵结构示意图

通过以上的分析，确定真空泵性能相比不足的主要原因为：泵腔内部进、排气腔室密封不良，相互串气。具体问题点总结如下：

A泵腔型线为圆滑椭圆，与转子间隙油密封为线密封，泵腔内部压力太大，线密封密封效果不理想，真空泵运行时吸气腔室和排气腔室相贯通，抽气效率降低；

B泵盖位置度过大导致泵腔壁与转子间隙变化太大，引起泵腔壁与转子间隙处密封不良。放大低温放热的曲线可看到，喷油提前角越大，放热率曲线提前了。但是当喷油提前角进一步提前时，放热又会推迟，这是因为喷油提前角很大时，缸内混合气更加均匀使得柴油稀薄的分布在缸内，减少了活性高的区域。

3 整改措施

如图2所示，在泵腔中增加一小段与转子等大的圆弧，改变泵腔局部型线，同时移动转子的偏心距，使转子能够与泵腔密封面良好贴合，增强密封效果。为保证泵腔与转子的配合间隙不会因装配发生变化，在泵体和泵盖相应位置增加定位销。具体改进方案总结如下：

A 针对“泵腔型线为圆滑椭圆，与转子间隙油密封为线密封，泵腔内部压力太大，线密封密封效果不理想，真空泵运行时吸气腔室和排气腔室相贯通，抽气效率降低”问题点改进方案：更改泵腔局部线型，使转子与泵腔壁的线密封优化为面密封形式，增强密封能力，减轻泵腔进、排气腔室串气情况。

图2 真空泵型线形状优化示意图

B针对“泵盖位置度过大导致泵腔壁与转子间隙变化太大，引起泵腔壁与转子间隙处密封不良”问题点改进方案：在泵盖和泵体适宜位置增加定位销进行精定位，从而提高配合精度。

综上所述，为使优化该真空泵性能，采取以下措施：

1）改变泵腔内部进排气腔室密封结构，消除相互窜气的情况，从而减少压力建立时间；

2）在泵盖和泵体适宜位置增加定位销进行精定位，提高配合精度，减少压力损失，缩短压力建立时间。

4 方案验证

4.1 整改件测试

确定整改方案后，对整改件进行了测试，并在整车进行了验证工作，整改后的真空泵的抽真空性能效果良好。

表2 整改件测试结果

从表中可看出，两个件达到66.7Kpa的真空度时所用的时间在5s左右，达到80Kpa的真空度所需时间均不超过10s。

4.1 整车试验

整改件经400小时耐久试验后，对其性能在整车上进行测试，进一步确定其提升效果。试验结果如下表：

表3 整车测试结果

从试验结果看出，达到66.7Kpa的真空度时所用的平均时间缩短到 7.53s，达到 80Kpa的真空度所需的平均时间为11.535s，改进效果明显。

5 结语

本文通过拆解分析，找出真空泵性能不足的原因为真空泵腔内部进、排气腔室密封不良，相互串气，影响真空泵抽真空能力，从而导致真空泵性能不足。并通过相应结构的优化，提升真空泵性能，使整车连续制动性能得以提高。