汽车燃油泵总成设计解读

汽车燃油泵总成设计摘要内燃机是汽车的心脏,电喷式内燃机因其动力性、经济性及环保性远远大于传统内燃机而广泛采用。电喷式内燃机中，燃油供给系统机械结构的设计对内燃机的性能起着一定的作用。本文针对汽车内燃机燃油供给系统中燃油泵的机械结构进行设计。燃油泵是内燃机燃油供给系统中的重要零件，燃油泵的作用是把汽油从油箱中吸出，并经管路和汽油滤清器压送到化油器的浮子室内。正是由于有了燃油泵，汽油箱才能安放到远离发动机的汽车尾部，并低于发动机。燃油泵工作中承受一定的压力，并长期浸泡在汽油中，所以要求它应有足够的结构强度和耐腐蚀性；又因汽车油箱容积有限，所以燃油泵设计时应考虑小尺寸、轻量化设计。在本次的汽油泵的机械结构设计中，以汽油泵泵芯为主要设计对象，选用Solidwork实体模型建立软件平台，完成对汽油泵泵芯的分析。关键词：燃油泵；油压；强度AutomotivefuelpumpassemblydesignAbstractInternalcombustionengineistheheartofthecar,efienginebecauseofitsperformance,fueleconomyandenvironmentalprotectionismorethantraditionalinternalcombustionengineandwidelyused.Efiengine,thefueloilsupplysystemofthemechanicalstructuredesignofinternalcombustionengineperformanceplaysacertainrole.Automobilefuelpumpintheinternalcombustionenginefuelsupplysystem,theauthorofthispaperthemechanicalstructuredesign.Fuelpumpisanimportantpartininternalcombustionenginefuelsupplysystem,thefunctionoffuelpumpissuckedoutthegasolinefromthetank,andconcessionroadandpetrolfilterpressuretothecarburetorfloatindoor.Itisbecauseofthefuelpump,thepetroltankcanputfarbeyondenginecartail,andbelowtheengine.Underpressureinthefuelpumpwork,andlong-termimmersioningasoline,soitshouldhaveenoughstrengthandcorrosionresistance;Forautomobilefueltankcapacityislimited,sofuelpumpdesign,smallsize,lightweightdesignshouldbeconsidered.Inthemechanicalstructuraldesignofthegasolinepump,gasolinepumppumpcoreasthemaindesignobject,theselectionofSolidworkentitymodelingsoftwareplatform,thecompleteanalysisofgasolinepumppumpcore.Keywords:Fuelpump；Oilpressure；Intensity引言电动燃油泵是汽车用电脑控制的燃油控制系统的一个重要部件，市场需求大。电动燃油泵的主要任务是供给燃油系统足够的、具有规定压力的汽油。电动燃油泵主要由泵芯、电机和外壳三部分组成。。永磁电动机通电即带动油泵旋转，将燃油从进油口吸入，流经电动燃油泵内部,再从出油口压出,给燃油系统供油。汽油喷射技术是指在汽车发动机上除化油器外的另一种燃油供应及控制技术.汽油喷射技术最早可以追溯到20世纪初期，德国Wright兄弟首先在他们研制的早期飞机发动机上采用了向进气管内连续喷射汽油的混合气制备方法。1943年，德军研制成功第一架装有汽油喷射发动机的军用发动机。第二次世界大战后期，美国开始采用机械式喷射泵向气缸直接喷射技术。二战结束后，汽油喷射技术逐渐由军工转向民用,应用到汽车发动机上。国内外有关电动燃油泵的研究主要集中在以下几个方面，1电动燃油泵的参数的优化设计；2噪声的控制技术；3降低流量脉动方法的研究；4提高电动燃油泵的效率方法的研究；5提高电动嫩油泵的寿命的研究。虽然国内有很多企业在生产电动燃油泵，但大部分都是仿制或引进的国外的技术，同时由于技术保密等缘故，国内均无该产品的详细的资料可供借鉴，即使是有相应的机构在研究，但国内外关于电动燃油泵相应的公开的论文及设计手册等还没有，因此在电动燃油泵的分析和设计上均有一定的难度。第1章绪论1.1课题研究背景与意义当今汽车的3大任务是节能、环保和安全。为了提高其动力性、经济性、安全性以及减少排放污染、增强舒适性，采用电子控制技术已经成为一种不可阻挡的潮流，而且技术日益成熟、日趋普及。内燃机是汽车的心脏，电喷式内燃机因其动力性、经济性及环保性远远大于传统内燃机而广泛采用。电喷式内燃机中，燃油供给系统机械结构的设计对内燃机的性能起着一定的作用[1]。电动燃油泵是电喷发动机中燃油供给系统的一个重要组成部件，所以我将针对汽车内燃机燃油供给系统中燃油泵的机械结构进行设计。在早期的汽车中，汽油箱被放置在化油器的上方，汽油由重力作用进入到化油器，但是在发生事故时，从安全角度考虑，那个位置不是最好的，并且邮箱离发动机太近，而工作中的发动机的高温也会增加不安全因素。因此油箱开始被放置在车座后，如在后备箱或者后备箱底部。为了让汽油到达引擎，油泵就产生了，第一代是真空泵，而当时的设计，要想把油从后备箱送到引擎这么远，一种特殊的真空油箱也必须同时具备。到1928年，studebaker首创真空泵换成机械泵，通过凸轮轴来带动油泵摇杆来泵油为发动机源源不断的供油，但是由于被安装在发动机体上，在夏季往往因温度过高而产生“气阻”故障，造成燃油流通不畅，严重影响发动机的正常运转。在20世纪60年代，伴随着航空飞行器发动机的喷射技术的扩大运动，汽车的喷射技术也油然而生，由于电喷技术大大提高了汽油的雾化、蒸发性能，加速性能更好，发动机的功率和扭矩显著提高等优势，因而更强更稳定的油量供给使得电动燃油泵也随之而来。机械泵也随之渐渐被取代[2]。燃油泵工作的稳定性决定着整个汽车供油系统的工作稳定性，故已给予必要的重视。燃油泵工作中承受一定的压力，并长期浸泡在汽油中，所以要求它应有足够的结构强度和耐腐蚀性；又因汽车油箱容积有限，所以燃油泵设计时应考虑小尺寸、轻量化设计。1.2课题的主要研究内容本课题为“燃油泵总成设计”，本课题的任务是在学习掌握车辆供油系统工作原理、性能需求、控制策略的基础上，在指导老师的帮助下，对于用汽油机轿车，设计一台燃油泵。研究过程中将所设计燃油泵在Solidworks中建立三维实体模型。1.3燃油泵国内外研究现状燃油泵的作用是把汽油从油箱中吸出，并经管路和汽油滤清器压送到化油器的浮子室内。正是由于有了燃油泵，汽油箱才能安放到远离发动机的汽车尾部，并低于发动机。燃油泵按驱动方式的不同，可分为机械驱动式和电驱动式两种。1.3.1机械驱动式燃油泵机械驱动式燃油泵一般靠凸轮轴上的偏心轮驱动，它的工作情况是：①吸油凸轮轴转动中，当偏心轮顶动摇臂，拉下泵膜拉杆时，泵膜下降，产生吸力，汽油便从油箱内吸出，并通过油管、汽油滤清器、进人燃油泵的油室。②泵油当偏心轮转过一定角度不再顶动摇臂时，泵膜弹簧伸张，顶动泵膜上升，把汽油从出油阀压送到化油器的浮子室[5]。但需要指出的是：汽车上使用的机械式膜片燃油泵,由于被安装在发动机的机体上,在夏季往往因温度过高而产生气阻故障,造成燃油流通不畅,严重影响发动机的正常运转。现在机械驱动式燃油泵已经基本不再使用。1.3.2电驱动式燃油泵电驱动式燃油泵又分为以下几种：（1）滚柱式电动燃油泵由壳体、圆柱形滚柱和转子等组成。五个滚柱在转子的槽内可径向滑动，转子与壳体存在一定的偏心。转子在直流电动机的驱动下旋转，在离心力的作用下，滚柱紧压在泵体的内圆表面上，形成五个相对独立的密封腔。旋转时，每个密封腔的容积不断发生变化，在进油口时，容积增大，形成一定的真空，将经过过滤的汽油吸入泵内。在出油口处，容积变小，压力升高，汽油穿过直流电动机推开单向阀输出。当输油管路发生堵塞或汽油滤清器堵塞时，汽油压力超过规定值，限压阀打开，汽油流回进油侧。（2）齿轮式燃油泵：齿轮泵是容积泵的一种，由两个齿轮、泵体与前后盖组成两个封闭空间，当齿轮转动时，齿轮脱开侧的空间的体积从小变大，形成真空，将液体吸入，齿轮啮合侧的空间的体积从大变小，而将液体挤入管路中去。吸入腔与排出腔是靠两个齿轮的啮合线来隔开的[7]。（3）叶片式燃油泵：叶片泵是转子槽内的叶片与泵壳(定子环)相接触，将吸入的液体由进油侧压向排油侧的泵。该种结构的电动燃油泵，又称为离心式电动燃油泵[8]。它是依靠旋转的叶轮来实现燃油的输送。如美国的“卡特”(Carter)P4594。该电泵泵油量大，可达250公升/小时以上，并可安装在汽油箱内，加强冷却。但结构较复杂，加工精度高，而且价格昂贵，故只被高级轿车，大排量的发动机所采用[9]。电动燃油泵体积很小，但是泵油量与出油压力都比较大，因此其电机的负荷很大。所以，大部分电动燃油泵都采用了使吸入的油流经电机电枢后再从出油阀流出的设计，目的是冷却电枢，保证电机正常油工作。采用这种设计的电动燃油泵，凡是燃油流经的机件表面，都被制造得光洁平滑，以便减少流动阻力。也有少部分电动燃油泵，燃油不流经电枢而直接泵出，这种设计对其电机要求很高。当电动燃油泵停止工作时，出油单向阀关闭，防止油管中具有一定压力的燃油流回到油箱去，有利于再启动。当出油口堵塞造成泵内压力过高时，泄压阀打开，将燃油从泵体内排到油箱里，以免电机负荷过高被烧坏。电动燃油泵的电机都具有在泄压阀短时间内((lmin之内)失灵的情况下而不被烧坏的能力。第2章燃油泵电动机的选择查阅相关资料，知常用汽车燃油泵供油流量应达7~9L/min；燃油泵出口油压应在2.5~4个大气压之间，即出口油压在250k~400kpa之间。本设计燃油泵选择出油口油压为300kpa。电动机是燃油泵的动力来源，使得油压由一个大气压提升至所需压力值。电动机型号的选择关系到整个燃油泵的设计，因为电动机外形尺寸是燃油泵设计尺寸的重要参考。所以电动机的选择就显得十分重要。2.1根据车型供油流量参数推算电机功率燃油泵功率与进出口油压差p、流量Q之间有如下关系：P泵=Q·p故，p取200k（汽油压力由一个大气压提升至三个大气压），Q取8L/min时，泵的输出功率：P泵=Q·p=(8L×2×)/60=27w考虑到燃油泵功率与电动机功率间存在效率转化，取效率为70%，则电机功率约为39w。在考察市场上各厂家生产的直流电动机相关参数的基础上，决定选择北京奕山科技有限公司36SYK2340.B型直流电动机，该型号电动机功率为40.5w，质量340g，外形尺寸图见所附图纸1。2.2根据汽油机最大耗油量、汽油流阻损失校核电动机2.2.1根据汽油机最大耗油量校核电动机查相关资料：汽油化学计量空燃比为14.5~15.3（kg空气/kg汽油）取L0=15（kg空气/kg汽油）；汽油密度ρ油=0.75×103kg/m3，空气密度ρ空=1.2kg/m3。故进入气缸的油气体积比A=·=1.07×10-4由最大功率下转速为6000r/min，得每分钟汽油机运行3000周期，对1.6L排量汽油机，所需汽油流量为：Q=1.6L×3000×A=0.5136L/min=8.56ml/s所选电机符合最大供油要求。2.2.2根据汽油流阻损失校核电动机取