某汽油機機油泵校核計算

鐘臻，許濤，阮仁宇

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230601)

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某汽油機機油泵校核計算

鐘臻，許濤，阮仁宇

(安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心，安徽合肥 230601)

采用機油泵經(jīng)典計算法對某自然吸氣汽油機的機油泵進行校核計算，計算出潤滑系統(tǒng)所需機油量以及該機油泵的理論輸油量。結(jié)果表明：原自然吸氣汽油機的機油泵不能滿足新機型的潤滑要求。重新開發(fā)一款新機油泵，并進行校核計算和試驗驗證。結(jié)果證明：新機油泵的理論輸油量和實際輸油量均滿足潤滑系統(tǒng)的需求。

機油泵；校核計算；輸油量

0　前言

機油泵是一種應(yīng)用廣泛的潤滑通用機械，通過它抽取的機油對各種做相對運動的零件的摩擦表面進行潤滑，從而保障旋轉(zhuǎn)機件的溫順運行。在汽車發(fā)動機中，機油泵的作用是為潤滑系統(tǒng)提供源源不斷的潤滑機油，使相對運動的零件的摩擦表面之間保持一層潤滑油膜，使兩零件的摩擦表面隔開，形成液體摩擦，減少零件的磨損和功率的消耗，同時機油泵還供油給活塞冷卻噴嘴來冷卻活塞。

某公司在自主研發(fā)的一款自然吸氣汽油機產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，開發(fā)一款同排量的增壓汽油機型，針對原自然吸氣汽油機的機油泵，對機油泵能力進行校核，分析其是否能滿足增壓汽油機潤滑系統(tǒng)的開發(fā)需求，若不能，則開發(fā)一款全新機油泵產(chǎn)品。

1　計算過程

在低轉(zhuǎn)速的時候，機油泵傳輸?shù)挠土客荒軡M足發(fā)動機需要；隨著轉(zhuǎn)速的增加，機油泵的輸油能力將迅速提升，當(dāng)達到某一個值時，機油泵的輸油量將超過發(fā)動機的需油量。

為了估算需要的機油泵排出機油量，一般都要假設(shè)低轉(zhuǎn)速工況時的油壓是足夠的。校核機油泵時，汽油機轉(zhuǎn)速的取值區(qū)間有一定的范圍，在該范圍內(nèi)，發(fā)動機開始完全潤滑；同時，機油泵輸油量和發(fā)動機需油量又接近一致，這個區(qū)間一般為800～2 000 r/min，通常取1 500 r/min。

當(dāng)機油泵的輸油量在1 500 r/min滿足汽油機潤滑需要的機油量時，就可以認為機油泵的設(shè)計滿足要求。因此，文中主要針對機油泵在1 500 r/min時，理論輸油量是否滿足潤滑系統(tǒng)所需機油量進行校核計算。

1.1潤滑系統(tǒng)所需機油量的計算

圖1為潤滑系統(tǒng)示意圖，機油泵抽取的機油量減去當(dāng)供油管內(nèi)壓力過大時經(jīng)過限壓閥流回油底殼的機油量，就等于經(jīng)過機油濾清器進入主油道的機油量。由于限壓閥的開啟壓力為(590±50) kPa，而在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1 500 r/min時，系統(tǒng)壓力小于限壓閥的開啟壓力，所以限壓閥關(guān)閉，這部分流量不需考慮。

主油道的機油一部分直接進入VVT和自動張緊器流回油底殼，一部分進入缸蓋主油孔，還有一部分進入缸體油道。進入缸蓋主油道的機油一部分進入進、排氣凸輪軸軸承和機械挺柱(兩支)，對之潤滑;另一部分經(jīng)過增壓器流回油底殼，構(gòu)成循環(huán)。進入缸體油道的機油分別進入曲軸軸頸、冷卻噴油嘴和正時鏈噴油嘴流回油底殼。由于自動張緊器的機油流量較小，大約為200～300 mL/h，影響不大，故可忽略不計。

由上面的分析可知，潤滑系統(tǒng)需油量≈VVT機油流量+自動張緊器機油流量+軸承機油流量+增壓器機油流量+曲軸軸頸機油流量+冷卻噴油嘴機油流量+正時噴油嘴機油流量。

(1)軸承機油流量

軸承機油流量計算采取AVL的經(jīng)驗公式，軸承潤滑的機油流量需求可以由下式估算：

VB=v·AB

此處AB=∑(D·π·dmax)

式中：VB為低速時軸承潤滑需要的機油流量(L/h)；

AB為軸承間隙總面積(mm2)；

D為軸承直徑(mm)；

dmax為最大軸承徑向間隙(mm)；

v為單位機油流量(經(jīng)驗數(shù)據(jù))[L/(mm2·h)]。

假設(shè)的軸承間隙總面積通常取110 mm2時的值，這個值已經(jīng)考慮了熱膨脹的影響。

發(fā)動機轉(zhuǎn)速1 500 r/min時，曲軸和凸輪軸的單位機油流量v應(yīng)當(dāng)不小于3.0 L/(mm2·h)。

表1—3列出了計算得到的各軸承的間隙面積和機油流量需求。

表1　主軸承技術(shù)參數(shù)和計算的機油量

表2　曲柄銷技術(shù)參數(shù)和計算的機油量

表3　凸輪軸軸承技術(shù)參數(shù)和計算的機油量

(2)VVT潤滑

VVT系統(tǒng)由傳感器、ECU和凸輪軸液壓控制閥、控制器等部分組成。它通過連續(xù)改變進氣正時，使氣門達到最佳氣門正時的位置，從而能有效地提高汽車的功率與性能，盡量減少耗油量和廢氣排放。

根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)，機油流量為2 L/min，即120 L/h。

(3)活塞冷卻噴嘴

對于活塞冷卻噴嘴而言，油流量主要是由噴嘴出口面積控制。當(dāng)供油壓力達到足夠高的時候，噴嘴控制閥將完全打開，此時，油流量將在這個供油壓力條件下達到最大值。如果進一步增加供油壓力，油流量也會相應(yīng)增加，但是對于油流量影響更為顯著的還是噴嘴的出口面積。

根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)，活塞冷卻噴嘴的流量為1 L/min，即60 L/h，由于該汽油機為四缸機，則總的流量為240 L/h。

根據(jù)AVL的經(jīng)驗，對于增壓汽油機而言，相對于發(fā)動機功率，需要的活塞冷卻噴嘴機油量一般在下面的這個范圍內(nèi)：

2.0～3.0 L/(h·kW)

該汽油機的功率為95 kW，則需求范圍為：190～285 L/h，計算所得的總流量240 L/h剛好在這個范圍內(nèi)。

(4)正時齒輪和鏈條以及增壓器

正時齒輪和鏈條的機油量為1 L/min，即60 L/h。

增壓器的機油量為(1.5±0.3) L/min，取最大值1.8 L/min，即108 L/h。

(5)計算結(jié)果

主油道輸油量=主軸承機油量+曲柄銷機油量+凸輪軸機油量+VVT機油量+活塞冷卻噴油嘴機油量+正時齒輪和鏈條機油量+增壓器機油量=876.9 L/h。

具體的結(jié)果如表4所示。

表4系統(tǒng)潤滑部件需要的機油量統(tǒng)計表

L·h-1

1.2機油泵輸油能力理論計算

根據(jù)前面的計算，得知目前潤滑系統(tǒng)所需的機油量為876.9 L/h，而機油泵的理論輸油量必須大于876.9 L/h，才能滿足潤滑系統(tǒng)的需求。

通過基本的幾何尺寸可以計算得到油泵的理論流量。轉(zhuǎn)子式油泵的計算公式如下：

Q =60×D2×B×N×ηv×10-6/Z(L/h)

其中：D=m×ZnN=n×Zw/Zn

式中：D為分度圓直徑(mm)；

m為齒輪模數(shù)(mm)；

Zn為油泵內(nèi)部轉(zhuǎn)子的數(shù)目；

Zw為油泵外部轉(zhuǎn)子的數(shù)目;

n為泵的轉(zhuǎn)速(r/min)；

B為齒輪的厚度(mm)；

ηv為轉(zhuǎn)子泵輸油量系數(shù)。

根據(jù)以上的公式，可以計算機油泵的輸送能力。以內(nèi)轉(zhuǎn)子為計算對象，得出表5。

即該機油泵在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1 500 r/min時理論輸油量為762.57 L/h，小于潤滑系統(tǒng)需要的機油量，而由于機油泵都存在一定的泄漏，因此，其效率必然小于100%，則其實際輸油量肯定小于762.57 L/h，可見該機油泵不能滿足潤滑系統(tǒng)的要求。

表5　理論機油泵輸油量計算參數(shù)表

2　新機油泵開發(fā)

2.1新機油泵輸油能力理論計算

根據(jù)前面的校核結(jié)果，該機油泵無法滿足潤滑系統(tǒng)的要求。從機油泵輸油能力計算公式來看，該機油泵偏小，可通過擴大分度圓直徑、減小齒數(shù)并增大齒厚的方法來增大機油泵的輸油能力。鑒于此，開發(fā)出一款全新的機油泵產(chǎn)品，并重新對其進行校核計算。

從表6來看：新開發(fā)的機油泵理論輸油量遠遠大于潤滑系統(tǒng)的需求，從理論上來說，滿足潤滑系統(tǒng)的需求，但是實際需求量是否滿足還需進行試驗驗證。

表6　新機油泵理論機油泵輸油量計算參數(shù)表

2.2試驗驗證

新機油泵各轉(zhuǎn)速下的實際輸油量如圖2所示。

從試驗結(jié)果來看，新機油泵在1 500 r/min時，其實際輸油量為1150.2L/h，大于876.9L/h，能夠滿足潤滑系統(tǒng)的需求。

3　結(jié)束語

采用機油泵經(jīng)典校核計算方法對現(xiàn)有機油泵進行了校核計算，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有自然吸氣機型的機油泵不能滿足新開發(fā)的增壓機型的潤滑要求。經(jīng)過分析，現(xiàn)有機油泵偏小，可通過擴大機油泵轉(zhuǎn)子的分度圓直徑、減小齒數(shù)并增大齒厚的方法來增大機油泵的輸油能力。鑒于此，開發(fā)出一款全新的機油泵產(chǎn)品，并重新對其進行校核計算。新機油泵的理論輸油量滿足潤滑系統(tǒng)的需求。最后通過試驗驗證，新機油泵的實際輸油量也能滿足潤滑系統(tǒng)的需求。

【1】吳兆漢.內(nèi)燃機設(shè)計[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1990.

Verifying Calculation on Oil Pump of a Gasoline Engine

ZHONG Zhen, XU Tao, RUAN Renyu

(Technology Center, Anhui Jianghuai Automobile Co,.Ltd., Hefei Anhui 230601,China)

A verifying calculation was done on an oil pump of the NA gasoline engines by classical calculation method of oil pump. Lubrication system required oil flow and theoretical delivery were calculated. The results indicates that oil pump of the NA engine can’t meet the lubrication requirement of the new variant. Therefore a new oil pump was developed. And verifying calculation and experiment were done for the new variant. The results indicates that theoretical delivery and actual delivery of the new variant meet lubrication system oil flow requirement.

Oil pump; Verifying calculation; Delivery

2015-03-25

鐘臻(1988—)，男，學(xué)士，助理工程師，從事發(fā)動機設(shè)計工作。E-mail:zhongzhen_dly@163.com。