浅谈CVT自动变速器叶片泵压力脉动问题

AUTO PARTS | 汽车零部件
浅谈CVT自动变速器叶片泵压力脉动问题
范明林　王瑞雪　刘星　王燕妮
柳州赛克科技发展有限公司 广西柳州市 545000
摘 要： C VT自动变速箱大多采用叶片泵为液压系统提供压力油，叶片泵压力脉动大小直接影响了变速箱液压系统的响应稳定性、NVH以及耐久可靠性。

压力脉动作为CVT自动变速箱油泵常见问题，本文介绍一款CVT变速箱叶片泵基本结构以及故障表现形式，并重点介绍在CVT自动变速箱中常见引起叶片泵压力脉动超差的因素及解决方法。

关键词：CVT自动变速箱　叶片泵　压力脉动
1　前言
CVT变速箱存在高温、高转速和高压力等苛刻运行工况，对叶片泵的压力稳定性提出更高的挑战。

叶片泵的工作原理是叶片通过离心力、根部压力顶出与定子曲动大通常会引起组件气蚀、啸叫异响。

较差的压力脉动表现为脉动值随转速升高而增大。

以下是压力脉动大引起的故障。

图3
压力脉动
转速
图3：CVT变速箱油泵做升降速试验，油泵脉动随转速升高而增大；
图4：油泵噪音能量明显，主观能明显感受到尖锐啸叫；
图5：拆解油泵检查，发现压力板三角眉出现严重气蚀。

Discussion about the Pressure Pulsation of CVT Automatic Transmission V ane Pump
Fan Minglin　Wang Ruixue　Liu Xing　Wang Yanni
Abstract： M ost CVT automatic transmissions use vane pumps to provide pressure oil for the hydraulic system. The pressure pulsation of the vane pump directly aff ects 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
图1　叶片泵基本结构示意图
主要结构有：泵体、泵盖、转子、定子、叶片、压力板、侧板、流量阀线贴合，行成真空腔实现吸油压油，其吸油顺畅性以及内部组件的运行稳定性决定了叶片泵的性能稳定性。

压力脉动异常，除了油泵本身的因素，还与其使用环境、介质、装配等因素相关。

2　叶片泵结构及安装环境介绍
图2　安装环境示意图
油泵
油泵进油口
油底壳
过滤器进油口
过滤器
液压阀块总成
链轮驱动轴
系统浸泡在油液中，油液流向：油底壳、过滤器、油泵、阀块。

3　常见压力脉动故障
在CVT自动变速箱中，叶片泵压力脉
流量阀
进油口
出油口泵体
压力板
定子
转子及叶片侧板
泵盖
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4　常见引起变速箱油泵压力脉动异常的因素
压力脉动异常的机理是流量不稳定，主要原因有四大块：
一：油泵吸油能力小于负压，无法正常吸油——流量不足；
二：油泵吸油区域油液空化，产生紊流——流量波动；
三：油液含气量过多，油泵产生气蚀——流量波动；
四：油液压差过大，压力转换不顺畅——流量突变。

压力脉动异常
吸油负压大
油液空化
含气量过多
液位过低吸油压降大
过滤器压降大
油液压差大过滤器吸油间隙小
油孔不顺畅
油泵配油板油槽设计不合理
油液含气量超差
回油流速慢
1）过滤器压降大：
当滤材精度高或者低温油品粘度大，过滤器的压降跟随增大，叶片泵吸油困难，甚至吸不上油，会引起压力脉动异常增大并伴随啸叫异响。

通常在保证过滤效率要求下，尽量减小过滤器压降，以保证油泵能吸油顺畅。

要降低过滤器压降，可从滤材精度、过滤面积、内部流场以及油液粘度等方面考虑。

图6为两个过滤器的低温压降对比数据，通常油泵的自吸能力在30kpa 左右，
当选用样品1时，由于过滤器压降大于油泵的吸油能力，会出现吸油不充分，压力异常波动、啸叫等问题。

样品2过滤器压降低于油泵自吸能力，能保证油泵充分吸油，避免吸空导致压力异常波动、啸叫等问题。

图6　两款过滤器低温压降对比
压降kpa 807060504030
20100
1
2
3
4
5
6
7
8
910111213
1516
流量L/min
样品2
样品12）过滤器吸油间隙小：
当油底壳与过滤器进油口间隙过小时，油液进入过滤器的阻力增大，油泵吸油困难、不充分，导致压力脉动增大，油泵啸叫异响，应充分考虑、预留过滤器与油底壳间隙。

图7为同一个过滤器，不同吸油间隙条件的压降值，通过数据对比可以看出，吸油间隙越小，压降越大。

图7　不同吸油间隙的压降
压降
kpa 87
6
5
43210
流量-10L/min
流量-15L/min
流量-20L/min
间隙4.5mm
间隙2.7mm 间隙1.5mm
3）油泵回油流速慢：
高转速时，油泵流量阀打开（图8），油泵进油量主要由过滤器进油和内部回油组成（图9）。

在高转速工况下，过滤器进油量大，当内部回油流速慢时，需要油泵的自吸能力较强，当自吸能力不足时，会引起油泵吸油不顺畅，导致压力脉动大且
伴随啸叫异响。

需要适当增加回油流速，
图４
图５
图８
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使回流油液带动过滤器进油往油泵内部充油，保证油泵充分吸油。

图8，当油泵流量阀打开后，油泵流量与转速呈非线性关系，油泵吸油流量与出油流量呈现差值△Q，该差值为流量阀打开后的回油流量。

图9，油泵总吸油流量=过滤器进油流量+回油流量，即Q 吸=Q 进+△Q。

为保证油泵正常吸油，需F 吸+F 回≥F 进，回油流速越慢，F 回越小，油泵自吸能力F 吸需求越大，反之回油流速越快，F 回越大，油泵自吸能力F 吸需求越小。

图９
过滤器进油
内部回油
4）油孔不顺畅：
油孔配合错位、不顺畅，可能引起油泵油液分配不均以及回油空化，引起吸油不顺畅，导致压力脉动增大。

油道配合部位设计需要考虑装配定位，保证油液流通顺畅。

5）油品含气量超差：
变速箱内部运动副较多，尤其是链轮链条、齿轮等浸泡在油液中（如图10），当变速箱运转时，对变速箱油快速搅拌，使油液含气量增加。

进入油泵的油液当含气量较多的时候，容易产生空化气蚀现象，导致压力异常波动，压力脉动增大。

变速箱在设计及布置过程中，应尽量减少气体融入油液中，同时减少气泡进入油泵。

图10　主要搅油系统
液位线
齿轮
泵过滤器
链轮链条
当空间结构无法避免搅油情况时，最常用方法是阻挡含气量较多的油层直接进入过滤器、油泵。

如图11，在搅油结构外围设计挡油板，使油液与气泡分层，能有效减少含气量较多的油液被直接甩入过滤器、油泵。

此外将过滤器进油口下移，尽量减小过滤器进油口与油液气泡层接触，也能有效降低进入油泵的含气量。

图11
齿轮挡板
链轮链条挡板
6）液位过低：
当变速箱处于坡度较大工况（图12）或加油量不足时，液位可能低于过滤器进油口，导致油泵吸油不充分，压力异常波动，
并伴随啸叫异响。

在设计及验证过程中，应充分考虑油品极限温度点的体积以及极限坡度液位，保证变速箱液位线始终在过滤器进油口以上（图
13）。

图12　坡陆状态
7）配油板油槽设计不合理：
高压回流是造成双作用叶片泵瞬时压力周期性波动的重要原因。

为减小叶片泵
的压力波动，针对优化高压回流的研究有很多，其中一种方法是优化配油板上的减震槽。

常见的减震槽有三角槽、三角矩形
槽和U
形槽。

三角槽 矩形槽 U 形槽
5　结束语
油泵压力脉动是不可避免的现象，但是为保证使用可靠性，应当尽量控制在一定的范围。

在CV T 自动变速箱中，由压力脉动引起的一系列问题屡见不鲜，为保证变速箱的可靠性，我们需要认真分析压力脉动产生的机理，并形成有效的设计及验证规范，尽量将问题遏制在前端，减少设计开发成本，提高品牌竞
争力。

图13　过滤器状态
液位线
过滤器进油口。