淺談CVT自動(dòng)變速器葉片泵壓力脈動(dòng)問(wèn)題

范明林 王瑞雪 劉星 王燕妮

摘 要：CVT自動(dòng)變速箱大多采用葉片泵為液壓系統(tǒng)提供壓力油，葉片泵壓力脈動(dòng)大小直接影響了變速箱液壓系統(tǒng)的響應(yīng)穩(wěn)定性、NVH以及耐久可靠性。壓力脈動(dòng)作為CVT自動(dòng)變速箱油泵常見(jiàn)問(wèn)題，本文介紹一款CVT變速箱葉片泵基本結(jié)構(gòu)以及故障表現(xiàn)形式，并重點(diǎn)介紹在CVT自動(dòng)變速箱中常見(jiàn)引起葉片泵壓力脈動(dòng)超差的因素及解決方法。

關(guān)鍵詞：CVT自動(dòng)變速箱 葉片泵 壓力脈動(dòng)

Abstract：Most CVT automatic transmissions use vane pumps to provide pressure oil for the hydraulic system. The pressure pulsation of the vane pump directly affects the response stability， NVH and durability of the hydraulic system of the gearbox. Pressure pulsation is a common problem of CVT automatic transmission oil pump. This article introduces the basic structure and fault manifestation of a CVT transmission vane pump， and focuses on the common factors and solutions that cause pressure pulsation in CVT automatic transmission.

Key words：CVT automatic transmission， vane pump， pressure pulsation

1 前言

CVT變速箱存在高溫、高轉(zhuǎn)速和高壓力等苛刻運(yùn)行工況，對(duì)葉片泵的壓力穩(wěn)定性提出更高的挑戰(zhàn)。葉片泵的工作原理是葉片通過(guò)離心力、根部壓力頂出與定子曲線貼合，行成真空腔實(shí)現(xiàn)吸油壓油，其吸油順暢性以及內(nèi)部組件的運(yùn)行穩(wěn)定性決定了葉片泵的性能穩(wěn)定性。壓力脈動(dòng)異常，除了油泵本身的因素，還與其使用環(huán)境、介質(zhì)、裝配等因素相關(guān)。

2 葉片泵結(jié)構(gòu)及安裝環(huán)境介紹

系統(tǒng)浸泡在油液中，油液流向：油底殼、過(guò)濾器、油泵、閥塊。

3 常見(jiàn)壓力脈動(dòng)故障

在CVT自動(dòng)變速箱中，葉片泵壓力脈動(dòng)大通常會(huì)引起組件氣蝕、嘯叫異響。較差的壓力脈動(dòng)表現(xiàn)為脈動(dòng)值隨轉(zhuǎn)速升高而增大。以下是壓力脈動(dòng)大引起的故障。

圖3：CVT變速箱油泵做升降速試驗(yàn)，油泵脈動(dòng)隨轉(zhuǎn)速升高而增大;

圖4：油泵噪音能量明顯，主觀能明顯感受到尖銳嘯叫;

圖5：拆解油泵檢查，發(fā)現(xiàn)壓力板三角眉出現(xiàn)嚴(yán)重氣蝕。

4 常見(jiàn)引起變速箱油泵壓力脈動(dòng)異常的因素

壓力脈動(dòng)異常的機(jī)理是流量不穩(wěn)定，主要原因有四大塊：

一：油泵吸油能力小于負(fù)壓，無(wú)法正常吸油——流量不足;

二：油泵吸油區(qū)域油液空化，產(chǎn)生紊流——流量波動(dòng);

三：油液含氣量過(guò)多，油泵產(chǎn)生氣蝕——流量波動(dòng);

四：油液壓差過(guò)大，壓力轉(zhuǎn)換不順暢——流量突變。

1）過(guò)濾器壓降大：

當(dāng)濾材精度高或者低溫油品粘度大，過(guò)濾器的壓降跟隨增大，葉片泵吸油困難，甚至吸不上油，會(huì)引起壓力脈動(dòng)異常增大并伴隨嘯叫異響。通常在保證過(guò)濾效率要求下，盡量減小過(guò)濾器壓降，以保證油泵能吸油順暢。要降低過(guò)濾器壓降，可從濾材精度、過(guò)濾面積、內(nèi)部流場(chǎng)以及油液粘度等方面考慮。

圖6為兩個(gè)過(guò)濾器的低溫壓降對(duì)比數(shù)據(jù)，通常油泵的自吸能力在30kpa左右，當(dāng)選用樣品1時(shí)，由于過(guò)濾器壓降大于油泵的吸油能力，會(huì)出現(xiàn)吸油不充分，壓力異常波動(dòng)、嘯叫等問(wèn)題。樣品2過(guò)濾器壓降低于油泵自吸能力，能保證油泵充分吸油，避免吸空導(dǎo)致壓力異常波動(dòng)、嘯叫等問(wèn)題。

2）過(guò)濾器吸油間隙小：

當(dāng)油底殼與過(guò)濾器進(jìn)油口間隙過(guò)小時(shí)，油液進(jìn)入過(guò)濾器的阻力增大，油泵吸油困難、不充分，導(dǎo)致壓力脈動(dòng)增大，油泵嘯叫異響，應(yīng)充分考慮、預(yù)留過(guò)濾器與油底殼間隙。

圖7為同一個(gè)過(guò)濾器，不同吸油間隙條件的壓降值，通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，吸油間隙越小，壓降越大。

3）油泵回油流速慢：

高轉(zhuǎn)速時(shí)，油泵流量閥打開(kāi)（圖8），油泵進(jìn)油量主要由過(guò)濾器進(jìn)油和內(nèi)部回油組成（圖9）。在高轉(zhuǎn)速工況下，過(guò)濾器進(jìn)油量大，當(dāng)內(nèi)部回油流速慢時(shí)，需要油泵的自吸能力較強(qiáng)，當(dāng)自吸能力不足時(shí)，會(huì)引起油泵吸油不順暢，導(dǎo)致壓力脈動(dòng)大且伴隨嘯叫異響。需要適當(dāng)增加回油流速，使回流油液帶動(dòng)過(guò)濾器進(jìn)油往油泵內(nèi)部充油，保證油泵充分吸油。

圖8，當(dāng)油泵流量閥打開(kāi)后，油泵流量與轉(zhuǎn)速呈非線性關(guān)系，油泵吸油流量與出油流量呈現(xiàn)差值△Q，該差值為流量閥打開(kāi)后的回油流量。

圖9，油泵總吸油流量=過(guò)濾器進(jìn)油流量+回油流量，即Q吸=Q進(jìn)+△Q。為保證油泵正常吸油，需F吸+F回≥F進(jìn)，回油流速越慢，F(xiàn)回越小，油泵自吸能力F吸需求越大，反之回油流速越快，F(xiàn)回越大，油泵自吸能力F吸需求越小。

4）油孔不順暢：

油孔配合錯(cuò)位、不順暢，可能引起油泵油液分配不均以及回油空化，引起吸油不順暢，導(dǎo)致壓力脈動(dòng)增大。油道配合部位設(shè)計(jì)需要考慮裝配定位，保證油液流通順暢。

5）油品含氣量超差：

變速箱內(nèi)部運(yùn)動(dòng)副較多，尤其是鏈輪鏈條、齒輪等浸泡在油液中（如圖10），當(dāng)變速箱運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)變速箱油快速攪拌，使油液含氣量增加。進(jìn)入油泵的油液當(dāng)含氣量較多的時(shí)候，容易產(chǎn)生空化氣蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致壓力異常波動(dòng)，壓力脈動(dòng)增大。變速箱在設(shè)計(jì)及布置過(guò)程中，應(yīng)盡量減少氣體融入油液中，同時(shí)減少氣泡進(jìn)入油泵。

當(dāng)空間結(jié)構(gòu)無(wú)法避免攪油情況時(shí)，最常用方法是阻擋含氣量較多的油層直接進(jìn)入過(guò)濾器、油泵。如圖11，在攪油結(jié)構(gòu)外圍設(shè)計(jì)擋油板，使油液與氣泡分層，能有效減少含氣量較多的油液被直接甩入過(guò)濾器、油泵。此外將過(guò)濾器進(jìn)油口下移，盡量減小過(guò)濾器進(jìn)油口與油液氣泡層接觸，也能有效降低進(jìn)入油泵的含氣量。

6）液位過(guò)低：

當(dāng)變速箱處于坡度較大工況（圖12）或加油量不足時(shí)，液位可能低于過(guò)濾器進(jìn)油口，導(dǎo)致油泵吸油不充分，壓力異常波動(dòng)，并伴隨嘯叫異響。在設(shè)計(jì)及驗(yàn)證過(guò)程中，應(yīng)充分考慮油品極限溫度點(diǎn)的體積以及極限坡度液位，保證變速箱液位線始終在過(guò)濾器進(jìn)油口以上（圖13）。

7）配油板油槽設(shè)計(jì)不合理：

高壓回流是造成雙作用葉片泵瞬時(shí)壓力周期性波動(dòng)的重要原因。為減小葉片泵的壓力波動(dòng)，針對(duì)優(yōu)化高壓回流的研究有很多，其中一種方法是優(yōu)化配油板上的減震槽。常見(jiàn)的減震槽有三角槽、三角矩形槽和U形槽。

5 結(jié)束語(yǔ)

油泵壓力脈動(dòng)是不可避免的現(xiàn)象，但是為保證使用可靠性，應(yīng)當(dāng)盡量控制在一定的范圍。在CVT自動(dòng)變速箱中，由壓力脈動(dòng)引起的一系列問(wèn)題屢見(jiàn)不鮮，為保證變速箱的可靠性，我們需要認(rèn)真分析壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理，并形成有效的設(shè)計(jì)及驗(yàn)證規(guī)范，盡量將問(wèn)題遏制在前端，減少設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)成本，提高品牌競(jìng)爭(zhēng)力。