文献综述-汽车燃油泵总成三维设计—jh-a12（a）

毕业论文（设计）开题报告题目汽车燃油泵总成三维设计JHA12（A）系别机建系专业机械设计制造及其自动化班级机械N101班学号学生姓名1前言部分（说明写作目的，介绍有关概念、综述范围，扼要说明有关主题或争论焦点）汽车电动燃油泵是汽车燃油供给系统重要的组成部分，其作用是把燃油从油箱内吸出并通过喷油器供给发动机各气缸1。燃油泵质量的好坏将直接影响到整车性能。它一般由泵体、电动机以及支撑罩3个部分组成。电动燃油泵的工作原理与电动水泵的工作原理相同，利用电机驱动相应的油泵装置，从而向燃油系统不断输送燃油，其工作原理是电枢通电后带动泵体旋转。将燃油由进油口吸人，流经电动燃油泵的内部，再由出油口压出，给燃油系统供油供给喷油器。因此燃油泵必须在任何情况下向燃油系统供给足够的、具有规定压力的汽油。燃油泵的作用是将贮存在燃油箱内的燃油输送至喷油器的燃油管路内。早期的发动机燃油系统中的燃油泵多为机械式，现在电动燃油泵已经将其取代。另外，原来的一些被安装在燃油箱外的电动燃油泵，考虑到散热、隔音及气阻等问题，也均被内置到了燃油箱，与燃油油量表测量装置结合为一个整体。根据电动燃油泵安装位置不同可分为内置式燃油泵和外置式燃油泵两种，内置式燃油泵是将泵安装在燃油箱内，外置式燃油泵是将泵安装在油箱之外的燃油管路中。泵体是电动燃油泵的主体，根据结构不同，可分为涡轮泵、滚柱泵、侧槽泵、齿轮泵和双级电动燃油泵等型式。1滚柱式转子电动燃油泵滚柱式电动燃油泵是目前电动燃油泵中很常见的结构形式，其采用的是永磁电动机驱动的带滚柱的转子泵，如图1所示，它一般由限压阀安全阀、滚柱式油泵、直流电动机和单向阀组成。图1滚柱式电动燃油泵三维结构图2内浸式涡轮转子电动燃油泵内浸式涡轮转子电动燃油泵安装在油箱内，内浸式涡轮转子泵主要由涡轮泵、直流电动机和辅助装置组成，如图2所示为涡轮泵的工作原理及结构示意图。3侧槽式电动燃油泵侧槽式电动燃油泵的结构与内浸式涡轮转子电动燃油泵不同但工作原理却极为相似，主要区别在于两者的叶轮形状、叶片数目以及油流通道的形状与配置不同。4内齿轮式电动燃油泵内齿轮式电动燃油泵也安装在油箱内，内齿轮式电动燃油泵主要由直流电动机、从动齿轮、主动齿轮和辅助装置等组成。5双级电动燃油泵双级电动燃油泵主要由直流电机、一级涡轮泵、二级齿轮泵和辅助装置组成。其能耐高温不起火，且在高温下亦能容易启动，但在汽油不足时容易冷却不良而烧毁。图2内浸式涡轮转子电动燃油泵工作及结构示意图电动燃油泵是汽车的关键部件，社会需求量巨大，国内通过对进口燃油泵进行国产化改造已进行了很多产品创新。三维设计是产品开发数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础，是建立在平面和二维设计的基础上，能让设计目标更立体化、更形象化的现代设计方法，已成为工程行业设计的主流方法。通过对燃油泵进行三维设计，能够极大的加快燃油的开发速度，促进产品更新换代，因此本文主要进行燃油泵的三维设计工作。2主题部分（阐明课题的国内外发展现状和发展方向，以及对这些问题的评述）21发展历史电子控制燃油喷射系统的燃油供给系统是如今使用最普遍的燃油喷射系统，一般由汽油箱、电动燃油泵、汽油滤清器、燃油分配管、油压调节器、喷油器、冷启动喷嘴和输油管等组成，燃油喷射技术的发展主要经历了一下发展历史开端20世纪初期，德国WRIGHT兄弟在他们研制的飞机发动机上采用了向进气管内连续喷射汽油混合气的方法，1943年，德军最早研制成功了一架装有汽油喷射系统的军用发动机，二战以后，汽油喷射技术开始由军用转向民用,应用到汽车发动机上。机械时代20世纪60年代以前，车用汽油喷射装置大多用机械式柱塞喷射泵。1952年，德国戴姆勒奔驰300L赛车装备了BOSCH公司生产的第一台机械控制式汽油喷油装置；1958年，由BOSCH公司和KIGERFISCHER公司联合研制的带油量分配器的进气管汽油喷射装置被广泛的应用于德国生产的份WEYEEDESZZOS型轿车上；1967年，BOSH公司推出D型模拟式汽油喷射系统；1973年，BOSH公司推出了L型的汽油喷射系统，由于采用了测量空气流量的方法控制喷油量，提高了控制精度。电喷时代20世纪60年代后期，随着汽车数量的增加，工业发达国家由于汽车尾气排放而造成的污染日益严重，加之此时的能源危机，迫使各国纷纷制定汽车燃油经济性法规，使得传统的机械式燃油喷射系统不能满足要求。1979年BOSH公司推出了集点火与喷油一体的MOTRONIC数字式发动机综合电子控制系统，在这期间，美国的GM公司的DEFI、FORD公司的EEC、丰田公司的TCCS也纷纷面世，这些都是综合控制的电子系统。1995年，美国在轿车上全部采用了电控汽油喷射系统，欧洲的汽车采用电控汽油喷射系统的也占90以上，电控燃油喷射系统能对空气和燃油进行精确的计算，能取得良好的节油和排气净化效果，因此，电控燃油喷射系统日益得到广泛的应用。作为电控燃油喷射系统的一部分，电动燃油泵也得到了广泛发展和应用。22国内外研究现状从电控燃油喷射技术一个多世纪的发展历史可以看出，电动燃油泵作为现代汽车的重要部件在近代已经获得广泛应用，具有一定的研究历史，但国内技术相对国外仍存差距。燃油汽车在当今和将来很长一段时期内仍是人类的主要交通工具，而由于化石能源逐渐匮乏的压力，因此人们仍在致力于改善燃油泵的性能，国内外有关电动燃油泵的研究主要有以下几个方面1）噪声的控制研究中国重汽集团的李红珍等20，使用BEAMFORMING方法对柴油机进行表面噪声源识别的试验研究，对燃油泵侧进行噪声源识别试验，分别得到各个测试端面的主要噪声源，并计算了各个主要噪声源的声功率和它们对测试端面总噪声的贡献量。随着现在人们对噪声的控制越来越重视，而如何减少电动燃油泵的噪声一直是国内外研究的问题，电动燃油泵的噪声的产生原因是多方面的，但主要是有困油现象、转子设计精度以及泵自身特点等因素造成的，如对内啮合齿轮泵，曲秀全等人提出了一种通过增加齿轮泵工作齿轮的重合度，以及在轴端增加了一对过渡齿轮两种方法来保证齿轮传动的连续性和稳定性，从而消除由于冲击产生的噪声,并取得了好的效果阅。2）降低流量脉动的方法研究流量脉动是影响泵性能的重要因素之一。西南交通大学的邓斌等9，通过运用CFD仿真技术对引泵流量脉动的配流过程进行了可视化分析，得到了不同转速和负载下的流量脉动率，为泵的研究开发提供了有价值的参考，沈阳航空航天大学的刘明明等19，对燃油泵在不同结构参数和工况下的输出特性和内部流体特性进行了建模和研究，得到了斜盘倾角、柱塞锥顶角及转速对泵性能的影响规律，为燃油泵的性能预测和结构优化提供了依据。关于降低电动燃油泵流量脉动的方法主要有以下几个方面1级联齿轮泵的研究哈尔滨工业大学的李尚义等2提出的二级并联结构的齿轮泵做为对普通齿轮泵的改进可大幅度的提高流量稳定性，这种方法主要通过二级并联直齿轮同时输出流量进行叠加从而使该泵的总体输出流量脉动下降，通过该方法组成的二级并联齿轮泵比一般结构齿轮泵的流量脉动率低，可以比相同规格普通齿轮泵流量脉动率下降25以上。当然可以三级或三级以上的级联，这使流量脉动下降的更多，不过它所带来的制造和装配的难度会同样的加大。2非对称渐开线多齿轮泵的研究通常，为了达到减少脉动、降低噪音的目的，一般可以采取增加齿轮的齿数的方法，而采用非对称渐开线齿形，增加齿数的修正方法，可适当使齿轮的齿数增多，当齿轮齿数增加后，其瞬时流量的脉动频率增高，振幅自然有所下降，但由于采用了非对成的渐开线齿轮，给齿轮泵的加工带来了困难。福州大学的陈瑞良等8，提出了泵中的一对齿轮副采用定传动比的圆弧及其包络线齿轮副的方案，在体积相等的条件下，优化出来的外圆弧包络线内啮合齿轮泵的排量略小于原来的排量，但其它性能（如流量脉动率）都更优。3增设滤波器降低电动燃油泵输出压力脉动的研究扬州大学的殷金祥7，对如何降低齿轮泵的输出流量脉动并力求在保持直齿轮泵的结构和工艺在各类液压泵中最简单，在价格、可靠性、寿命、抗污染和自吸能力强的优势上开展了对低脉动齿轮泵的机理分析与研究，通过改变电动燃油泵外部系统阻抗和电动燃油泵内部阻抗来降低电动燃油泵的压力脉动，合理改善电动燃油泵外系统阻抗，会使压力脉动减少，这是从改善液压系统的性能出发，而对泵的本身的性能并未改善，为了切实改善泵的性能，也可以从改善泵内部阻抗出发，在泵内加入一个K型滤波器来减少泵的压力脉动，以降低泵的输出压力脉动。4其他降低电动燃油泵的输出流量脉动的研究直齿共轭内啮合齿轮泵是一种新型低噪声液压元件，煤炭科学总院上海分院的董信根等4，对直齿共轭内啮合齿轮泵的结构、工作原理、性能参数及其应用进行了研究。另外还有一些降低电动燃油泵的输出流量脉动的方法，如从泵本身的结构着手，对泵的参数优化，取得最佳值，使输出流量脉动最小。如齿轮泵中采用双模数齿轮的设计方法，利用这种齿轮可使齿轮泵的体积减小，轴承负载减轻，并降低输出流量脉动，但双模数齿轮必须利用特殊刀具进行滚剃，给加工带来一定困难。3）提高电动然油泵的效率方法的研究河北工业大学的杜江等10，针对燃油泵永磁直流电动机效率偏低的现象，通过优化选择电枢绕组导线、采用组合磁极等措施，提高了电动机的效率。但是目前电动燃油泵的效率仍是较低，根据温州华润电机有限公司提供的资料，内齿轮式燃油泵的效率国外企业是29左右，而国内企业一般只有19左右，涡轮式燃油泵的效率一般是33。所以对提高燃油泵的效率的研究成为研究电动燃油泵的一个非常重要的课题。4）提高电动姗油泵的寿命的研究电动燃油泵的外壳两端卷边铆紧，使各部件组装成一个不可拆卸的总成，因此电动燃油泵一般不修理，所以提高燃油泵的寿命对节约经济是非常必要的，根据温州华润电机有限公司提供的资料，目前国外企业的电动燃油泵的寿命一般是五年，而国内企业一般都只有三年。5）电动燃油泵的参数的优化设计上海理工大学的黄益政等17，根据电动燃油泵的结构和功能方面的特点，以AMESIM软件为基础创建了涡流式电动燃油泵系统仿真模型并通过计算仿真，发现了电动燃油泵存在启动响应时间长和启动后油压又提升过高等问题，并通过添加电动燃油泵控制电路能够依据出油量大小的反馈，自动实时调节控制电压的大小，实现了对出油流量、出油压力等参数的优化，为电动燃油泵的优化提供了一种思路。在实际中，有些场合对泵的流量的均匀性要求较高，有些场合则要求泵的尺寸小，或作用在齿轮的径向力小，从而延长轴承的寿命。根据不同的需要，会有不同的数学模型，也有综合各方面要求的基础上进行优化的。如江西农业大学的李志华等人提出了一个多目标离散变量优化设计数学模型5。同时考虑泵工作条件不同，设计者按具体条件，考虑主要问题侧重面的不同，构建了包括流量脉动率最小、单位排量体积最小和径向力最小这三个主要分目标函数，在进行优化设计时，根据不同的使用条件，分别对上述三个分目标函数去取不同的权系数来构造一个统一的目标函数进行优化，达到了一定的优化效果。3总结部分（将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方向做出预测）目前，人们研究电动燃油泵主要是改善它的性能，主要包括提高燃油泵的效率、降低流量脉动、提高使用寿命、降低噪声和减小振动等几个方面。将来的研究重点和趋势可包括以下几方面1燃油泵转子优化设计电动燃油泵的转子是油泵的心脏，是最关键的部件，其参数选择是否合理，将直接影响泵的综合性能，因此，有必要对燃油泵的内、外转子结构参数进行优化设计，使燃油泵的性能达到最优。如将无刷直流电机应用到燃油泵中，取代目前普通使用的有刷直流电机转子将是一项具有十分重要实际意义和现实意义的研究，也是当今的研究热点之一。2多目标离散变量优化设计在实际应用中，有的对泵的流量的均匀性要求较高，有的则要求泵的尺寸小、排量大，或作用在齿轮的径向力小。根据不同的需要，在进行优化设计的时候就会有不同的数学模型，也有的在综合各方面要求的基础上进行优化设计，建立多目标离散变量优化设计的数学模型。根据燃油泵工作条件不同，构建流量脉动率最小、单位排量体积最小和径向力最小这三个主要分目标函数。3燃油泵的协同优化设计随着虚拟样机技术的发展，数字样机的概念已经渗入到各个工程领域，而燃油泵作为典型的机电系统，应用数字样机技术对其进行设计研究具有重要的意义，应用协同设计技术，从机械、电磁、流体、控制等领域的协同优化，能较好的提高燃油泵的性能。三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础，以三维模型作为产品最重要的信息载体，可以将设计生产管理等各个信息孤岛联系在一起，并将设计细节在建模过程中融入，通过对燃油泵进行三维设计，是实现燃油泵数字样机技术、虚拟样机技术的数字原型基础12，是研究并改善燃油泵性能的有效方法。4参考文献1LAUER,CJ,RLBOWERSANDFKENT,ELECTRICFUELPUMP19442刘军李尚义,低流量脉动的齿轮泵二级并联齿轮泵的研究组合机床与自动化技术,19876第2126页3TUCKEY,CH,VEHICLEFUELPUMPHAVINGANOISEREDUCTIONJACKET19884董信根,直齿共扼内啮合齿轮泵机床与液压,19926第301302页5李志华,刘小思与顾广华,齿轮泵齿轮基本参数的优化设计江西农业大学学报,199703第136140页6UFFELMAN,BL,ELECTRICFUELPUMPRFIMODULEWITHPREMOLDEDHOUSING19987殷金祥,低脉动齿轮泵的机理分析与优化设计,2002,扬州大学8陈瑞良,楔块式外圆弧及其包络线内啮合齿