转子燃油输油泵优化匹配与研制开发（湖南机油泵股份有限公司 向志奇 胡桂荣 李富兴）摘要： 论述了转子式燃油输油泵的研制开发，根据国内输油泵技术和加工工艺现状，进行了优化匹配设计，进行技术创新，满足了顾客要求，达到了国内外先进水平。关键词：燃油输油泵，优化匹配，研制开发Optimized Matching and R&D for Rotor-structure Fuel Delivery PumpHunan Oil Pump Co., LTD Xiangzhiqi Huguirong LifuxingAbstract: This paper deals with the research and development for the Rotor-structure Fuel Delivery Pump. In order to meet the customers requirements, the matching design was optimized and also with technical innovation based on domestic current fuel delivery pump technics and process level, which lead to a high level both at home and abroad.Key words: Fuel Delivery Pump; optimized matching; research and development随着国家对汽车的排放要求不断提高，各发动机厂把迅速推出欧III排放的内燃机作为自己主要研究开发项目，作为为发动机提供粮食的燃油泵则更是改进的重中之重。目前，高压共轨的电喷燃油泵和单体高压燃油泵，对输油泵匹配的要求发生了根本的变化，以往使用的柱塞式输油泵已不能满足供油模式的要求，需要一种新型高效的输油泵来输送燃油。无锡油泵油嘴研究所研究出具有自主知识产权的单体高压燃油泵，这种燃油泵需要配备新型高效输油泵，该燃油泵技术转让给亚新科南岳（衡阳）公司后，委托湘泵公司为其研制开发与其匹配的新型输油泵。湘泵依托专业研制生产转子机油泵的先进工艺的优势，成功选用转子泵结构来替代柱塞泵，开创国内燃油输油泵改进的先河，已获得了良好的效果，得到配套单位和用户的青睐。1、 设计指导思想及选型原则输油泵的设计，应以保证满足燃油泵的性能要求，安装要求，传动要求和可靠性要求，力求技术上先进，结构上简单，维修上方便，以及尽可能应用成熟的工艺技术为原则。 1.1技术要求和性能参数 1.1.1油温4010时的要求如下： a. 转速1150rpm/min，压力350KPa，流量不少于10L/min； b. 转速100r/min，要求能建起100KPa的压力； c. 转速1150rpm/min，开启压力68040KPa 1.1.2在油温4010，压力350KPa时，做1500小时超速超压试验无故障。 1.1.3燃油泵在启动前能予供油 1.2柱塞泵技术现状现行柱塞输油泵一般供油量达不到3L/min，如果加大尺寸，则燃油泵内无法装配，同时因柱塞泵的压力，流量波动较大，难以满足设计技术要求。1.3 转子式输油泵优点及待解决难点a. 在相同流量下，结构简单，体积小，占用空间少；b. 正常工况下，供油性能好，压力、流量稳定。c. 结构紧凑，高速性能好，运转平衡，噪声小；d. 零件系列化，易于采购，成本较低；e. 加工工艺较简单，有成熟的制作经验；f. 低速吸油性能较差和内部结构密封性较差。2. 技术难点的创新设计2.1 低速吸油性能解析及提升措施因为机油泵设计是输送具有一定粘度的机油，而燃油输油泵输送的是柴油，由于柴油粘度较低，必须提高输油泵转子的系统配合精度，才能满足低速吸油性能提升的要求。在正常工况下，转子机油泵工作最低转速是在500r/min以上，其转子与体盖端面间隙较大，而内外转子的啮合间隙较大，是因为内转子与轴采用过盈或横销连接，内转子与轴装配时增大了端面垂直误差，从而要靠增大端面间隙来补偿；另外，在加工内转子轴孔和端面时，是以线型定位装夹，增大了轴孔与线型之间平行度误差，导致轴孔与端面垂直度误差的增大，同时也使内外转子型线啮合隙增大，从而导致系统的间隙增大，故造成吸油性能差的后果。为此，在设计上采取缩减配合间隙的办法，圆满达到设计要求，具体措施如下：a. 端面间隙由0.04-0.08mm缩小到0.02-0.04mm；b. 内外转子啮合间隙由0.08-0.18mm缩小到0.05-0.09mm；c. 结构改进，轴与内转子连接不用过盈配合而采用扁尾间隙连接，减少了轴与内转子硬性连接的装配误差，减少了装配系统的间隙，如图1所示：图1d. 在高精度设备上一次性加工体盖平面及转子腔孔，保证平面度和转子孔深度和孔径精度。e. 对转子型线设计制作；f. 用自定心夹具夹紧加工转子，保证转子端面现轴孔的垂直度。g. 用高精平磨对转子高度精加工；h. 清理毛刺和清洗零部件，保证整体清洁度。通过上述改进设计和技术措施，在多次试验的基础上，吸油性能达到和超过设计要求。2.2预供油及油回流结构的设计经过反复改进设计，简化结构，在转子和泵体吸油道部位，增设预供泵系统，其结构如图2所示。图2在油泵进油道上设装预供油泵部件，在预供泵吸油产生负压时，进油单向阀和出油单向阀在弹簧力及负压的作用下关闭，预供油单向阀开启，油从进油道进入预供泵内，当预供泵压油时，预供油单向阀关闭，出油单向阀开启，油从油道进入油泵的出油腔。正常工作时，由于预供泵不工作，在进油腔产生负压时，使进油单向阀打开，此时与出油腔相联的出油单向阀关闭，油泵外于正常的吸-供油状态。当输油泵处于停止工作状态时，由于弹簧力的作用，进油单向阀和出油单向阀关闭，泵内的油不能回流。通过上述结构的创新设计，较好的解决了预供泵与正常工作输油泵的合二为一，同时开创油不回流的崭新结构。2.3轴-套摩擦副试验新型转子机油泵的使用寿命大约在8000小时左右。在改为输油泵以后，由于泵内输送的介质为润滑性能较差的柴油，如何使轴-套摩擦副在此油润滑下，其使用寿命达到设计要求，其泵轴与衬套摩擦副的材质的选配尤为重要。在对多种匹配方案进行2000小时可靠性强化试验后，最后选择了钢轴与SF-1X材质衬套，作为摩擦副的配套元件。由于输油泵传动力矩不大，转速不太高，在柴油润滑条件下进行可靠性试验后，其衬套与泵轴几乎没的磨损，其试验台架如图3所示：图33. 关键零件材料及试验技术3.1内转子、外转子的技术要求参数表及检测方法表1 材料化学成份成分Cu（%）其它（%）C（%）Fe含量2.04.01.50.500.80余量表2物理机械性能项目密度g/cm3表面硬度HB抗拉强度MPa延伸率%冲击韧性akJ/cm2性能要求6.8905000.55.0表3 金相组织项目腐蚀前结构4%硝酸溶液浸蚀后结构心部表面要求大小和分布均匀的孔隙均匀的铁素体-珠光体结构，铜扩散均匀，珠光体结构60%禁止任何全脱碳，允许0.1mm的半脱碳转子压溃强度检测方法如示意图4 图43.2泵体/泵盖技术要求参考表及试验表4 材料化学成份化学成分C (%)Si(%)Mn(%)P(%)S%含量3.0-3.31.4-1.70.8-1.10.150.15表5 机械性能机械性能抗压强度MPa剪切强度MPa疲劳极限强度MPa抗拉强度MPa硬度HB冲击韧度J/cm2内容800-1000250-350100-140241 Min170-2484-8表6 金相组织项目石墨基体要求85%-90%片状石墨，5%-15%过冷石墨，长度60-250um，无定向分布，含量4%-7%珠光体95%中细片状,二元磷共晶2%3.3 总成试验结果设计要求1150r/min,350KPa压力时，流量要求10L/min在油泵转速100r/min时，要求能建立100KPa油压开启压力68040KPaJS49C输油泵11.2L/min180KPa680KPa4. JS49C型转子输油泵的技术特点4.1 结构简单，设计新颖JS49C型转子输油泵与燃油泵体直线连接，拨叉传动，安装于燃油主泵体未端。其中预供泵与转子泵巧妙组合设计，利用同一油道保证预供泵和转子泵的吸油和供油，完全满足主泵各种工况和供油要求。转子输油泵结构新颖，配合精密，运行平衡，噪音小，流量大，配置优化，该泵结构简单，装拆维修方便，性能优越，工作可靠，达到国内外先进水平。4.2关键部位优化设计4.2.1油道组合转子输油泵的进油口和出油口分别设计了单向阀，当预供泵吸油时，转子泵进油口单向阀关闭，形成一封闭的供油回路，当正常工作时，出油口单向阀关闭，进油口单向阀打开，又形成一封闭的供油回路。同时保证了输出的油不回流，减少了输油泵回流可能引起的油道进气故障。4.2.2限压保护在排油口上设计了限压保护装置，以防止油压过高而影响燃油泵的正常工作。4.2.3 泵轴与内转子间隙传动泵轴与内转子轴孔采用扁尾传动的间隙配合，消除了转子与轴孔过盈配合造成的垂直度误差积累，并保证了油泵转动的灵活性，减少了内外转子转动的不平稳性，使总间隙减少，提高了油泵的吸油性能。4.2.4 合理匹配采用高精度转子泵作燃油输送油泵，提高整体配合精度，选择适合的配套材料，优化设计结构，提高了转子输油泵的可靠性，是该泵的创新重点。4.3 与国内外同类产品效果对比JS49C型转子输油泵主要技术参数，见表8产品类别比较项目新型输油泵国内的输油泵国际上先进的输油泵输油量10 L/min5 L/min10 L/min限压阀开启压力68040KPa无600-900KPa可靠性1500小时800小时2000小时结构预供泵与输油泵集于一体，结构简单，安装方便预供泵与输油泵分成二部分，安装不方便预供泵与输油泵分成二部分，安装不方便主泵结构转子式柱塞式转子式结合面密封方式无垫密封加垫密封无垫密封5. 结语： 用转子结构研制开发的燃油输油泵，能更好的与高性能节能减排的新型燃油泵相匹配。由于转子式输油泵的结构简单，体积小，安装维修方便，运行压力稳定，流量大，工作可靠。而且，转子技术成熟，已系列化，易于采购，成本较低，具有多方面的优势，为产品推向市场带来方便。本产品自主研制开发以来，与主机配套装机使用情况良好，现已批量投放市场，深受用户的一致好评。由于该泵设计结构新颖，技术创新显著，配置优化实用，已有两项技术申请并获得了国家专利。参考文献1、成大先，机械设计手册，化学工业出版社，2002年1月第四版2、傅则明，内燃机机油泵试验方法，机械科学研究院，1999年12月出版3、翁祖亮，内燃机配附件丛书