Experimental and numerical study of noise emission for variable displacement vane oil pumps

In the highly competitive automotive market, significant efforts are made by the powertrain engineers to improve fuel economy and increase acoustic comfort. This trend has consequences on the auxiliary components as the oil pump. The variable displacement vane pump is part of the engine lubrication system, and subjected to strict oil flow requirements, wide range of temperatures and different aerations levels. In this context, the target of the designer consists in the development and implementation of energy efficient devices able to ensure the necessary NVH (noise, vibration and harshness) targets. In this thesis work, begun in April 2017 at VHIT SPA (BOSCH IT Company), it has been developed a strategy to improve the pump’s tonal noise. This has been achieved introducing a specific vane spacing in the pump core. That was a great challenge due to high oil pressure pulsations, created by this device design, which are the main excitation energy within the lubricating system. First was developed a numerical model of the system, accounting for aeration, engine permeability and oil dynamics. Then different rotor designs have been studied with the focus of NVH performance and tonal prominences. For validation purposes, numerical and experimental results will be compared, in order to evaluate the best vane spacing logic among the prototypes.

Nel mercato del mondo automobilistico, sempre più sforzi si compiono per aumentare il risparmio del combustibile e migliorare il comfort acustico. Questa tendenza ha conseguenze anche nei componenti ausiliari, come la pompa olio. La pompa a palette a cilindrata variabile fa parte del sistema di lubrificazione del motore. Questa è soggetta a stretti vincoli di portata di olio, ampie variazioni di temperatura e differenti livelli di areazione. In questo contesto, l’obiettivo del progettista, consiste nel sviluppare e implementare dispositivi efficienti dal punto energetico e nello stesso tempo capaci di assicurare il livello di comfort acustico necessario (NVH, noise, vibration and harshness). In questo lavoro di tesi, iniziato nell’Aprile 2017 in VHIT SPA (BOSCH IT Company), è stata sviluppata una strategia per migliorare lo spettro tonale della pompa. L’ obiettivo è stato raggiunto introducendo una specifica spaziatura delle palette nel rotore. Questa è stata una grande sfida dovuta alla presenza di grandi pulsazioni di pressione, create dalla configurazione del sistema stesso, ovvero le principali fonti di energia d’eccitazione del circuito di lubrificazione. Come primo passo, è stato sviluppato un modello numerico del sistema, tenendo conto dell’aerazione, permeabilità motore e dinamica dell’olio. Successivamente, sono stati studiati differenti rotori aventi diverse ampiezze camere, focalizzando l’attenzione sulle prestazioni NVH e prominenza tonale. Come verifica dei risultati ottenuti, sono stati comparati i risultati sperimentali e numerici, nei quali è stata scelta la migliore logica di spaziatura palette tra i prototipi testati.