Análise da correlação entre resultados experimentais e numéricos de NVH em bombas de óleo

Abstract

O presente trabalho aborda o problema do NVH (Noise Vibration and Harshness) em bombas de óleo. Neste âmbito, é realizada numa fase inicial uma descrição das bombas de óleo quanto à sua constituição e princípio de funcionamento, sendo que a bomba utilizada neste trabalho é uma bomba de palhetas de cilindrada variável. A utilização destas bombas acarreta a vantagem de permitir uma melhor eficiência do motor do veículo, logo a tendência para as utilizar e estudar é cada vez maior. Assim, estre trabalho teve como objetivo perceber a correlação existente entre os dados numéricos e experimentais de NVH provocado por uma bomba de cilindrada variável. A componente de NVH estudada foi o ruído com origem no fluido (fluidborne noise), que neste caso é o óleo. Relativamente às bombas de óleo este tipo de ruído é provocado pela pulsação da pressão na zona de descarga. Ao sinal desta pulsação, que tem como unidades o bar em função do tempo, foram aplicadas as transformadas de Fourier para passar para o domínio da frequência e uma fórmula para converter o sinal para a escala de decibel. O software utilizado para o efeito foi o LMS Test.Lab da Siemens. Os dados de simulação obtiveram-se a partir de um modelo previamente criado no seio da empresa com o software GT-Suite. Os dados experimentais foram obtidos pela utilização de um banco de ensaios presente na Renault – Cacia, o banco RO6. Comparam-se os valores da frequência dos harmónicos teóricos e numéricos, concluindo-se que existe uma boa correlação entre estes. Verificou-se igualmente que o valor na frequência dos harmónicos do sinal experimental é coincidente com os dois anteriores. Pode-se afirmar que nesta parte o modelo numérico traduz bastante bem aquilo que ocorre na realidade e, portanto, é válido relativamente ao valor da frequência nos harmónicos. Complementarmente analisou-se o sinal numérico ao longo da velocidade de rotação da bomba e ao longo do espectro da frequência onde se compararam sinais com diferentes temperaturas (20°C e 80°C) e modos de configuração da electroválvula (ON e OFF). É possível concluir que segundo o modelo numérico o ruído nos harmónicos tem um comportamento crescente e linear até cerca das 2200 rpm, depois desta velocidade torna-se difícil de arranjar um padrão para o seu comportamento na medida em que este depende mais das condições de temperatura do óleo e estado da electroválvula da bomba. Das comparações entre os dados numéricos e experimentais verificou-se que ocorre uma correspondência razoável, com valores de correlação entre 0.69 e 0.85 de correlação. Verificou-se ainda que o valor dos harmónicos numéricos é quase sempre superior aos experimentais e que os resultados foram melhores quando a electroválvula se encontra no modo de configuração ON do que em OFF.

The present work approaches the problem of NVH (Noise Vibration and Harshness) in oil pumps. In this context, it was made, in an initial phase, a characterization of the constitution and working principle of some oil pumps, like the variable displacement oil pump used in this work. This type of pumps has the advantage of improving the engine’s efficiency, thus the tendency to apply and study them is increasing. So, this work had as its main objective to analyse the correlation between the numerical and experimental data of NVH produced by a variable displacement oil pump. The NVH component studied was the fluidborne noise, that is, the noise that has its origin in the fluid, that in this case is the oil. In an oil pump this type of noise is caused by the pressure pulsation at the discharge zone. The Fourier transform is applied to the signal that contains this pressure pulsation, which afterwards is converted to the decibel scale. The software used to make this procedure was LMS Test.Lab created by Siemens. The simulation data were obtained from a model previously created by the company using the software GT-Suite. The experimental data were obtained using a test bench from Renault – Cacia, the RO6 bench. The frequency values of the theoretical and numerical harmonics were compared and it was concluded that they have a good correlation. It was also found that the value of the frequency of the experimental signal coincides with the two previous ones. Therefore, it can be affirmed that in this part the numerical model translates well what occurs in reality, thus it is valid relatively to the frequency value of the harmonics. In addition, it was analysed the numerical signal throughout the pump speed and the frequency spectrum where were compared different signals with different temperatures of the oil (20°C e 80°C) and modes of the configuration of the electrovalve (ON and OFF). It was possible to conclude that, according to the numerical model, the noise in the harmonics has a growing and linear behaviour until about the 2200 rpm. After this speed it becomes difficult to find a pattern because the noise depends more of the temperature of the oil and the mode that the electrovalve is in. From the comparison between the numerical and experimental data it was verified that it occurs a reasonable correspondence, with correlation values between 0.69 and 0.85. It was also found that the value of the harmonics is higher in the numerical data than in experimental data and that the results were better when the electrovalve is ON than when it is OFF.