一款三缸機(jī)用機(jī)油泵的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

于榮楓 胡志剛 任偉偉 王建武 孫東明

哈爾濱東安汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限公司 黑龍江省哈爾濱市 150060

1 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)的功用是在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)保證各運(yùn)動(dòng)部件間要有足夠的潤(rùn)滑油，在部件間形成足夠厚度的潤(rùn)滑油膜，減少相對(duì)磨損同時(shí)起到冷卻相關(guān)部件的作用。

2 我司某三缸機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)工作原理

我司某三缸機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)通過(guò)曲軸帶動(dòng)機(jī)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)機(jī)油泵輸出的機(jī)油通過(guò)主油路到達(dá)各運(yùn)動(dòng)部件，系統(tǒng)的機(jī)油壓力由機(jī)油泵的輸出流量特性保證。。

3 潤(rùn)滑系統(tǒng)的計(jì)算

潤(rùn)滑系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)部件的保護(hù)作用、減少摩擦、同時(shí)又能起到冷卻作用、對(duì)整個(gè)油路系統(tǒng)還用清潔過(guò)濾保護(hù)功能。對(duì)于該款發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，曲軸主軸外頸 、曲柄銷外徑、凸輪軸軸承、O.C.V及活塞冷卻噴嘴、增壓器是潤(rùn)滑系統(tǒng)的需要機(jī)油量比較的重要零件。本文通過(guò)對(duì)主要部件需要機(jī)油的設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)油泵進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)結(jié)合公司現(xiàn)有成熟產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)算，確保開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的該款機(jī)油泵具有使用價(jià)值 。

3.1 保證曲軸主軸外頸、曲柄銷外徑、凸輪軸軸承工作正常的機(jī)油流量設(shè)計(jì)

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)積累經(jīng)驗(yàn)，每1mm2的潤(rùn)滑間隙面積，在最低工作轉(zhuǎn)速時(shí)機(jī)油泵供油量必須達(dá)到3L/mm2·h；本三缸機(jī)運(yùn)用公式（1）計(jì)算出各軸承處需要的機(jī)油流量，見(jiàn)表（1）

Vq=VF=3F

V——潤(rùn)滑零件部件間隙的油量，設(shè)計(jì)時(shí)一般取 3L/mm2·h；

表1 軸承的技術(shù)參數(shù)和計(jì)算的機(jī)油量

F——需潤(rùn)滑的所有軸承的間隙總面積，mm2；

F=Σ（D*π*dmax）；

D——軸承直徑；

dmax——最大軸承徑向間隙

3.2 保證O.C.V工作正常的機(jī)油流量設(shè)計(jì)

根據(jù)O.C.V圖紙?zhí)峁┑臄?shù)據(jù)，機(jī)油流量為5.2L/min。見(jiàn)圖1。

3.3 保證活塞冷卻噴嘴工作正常的機(jī)油流量設(shè)計(jì)

借鑒我司某款發(fā)動(dòng)機(jī)有無(wú)活塞冷卻噴嘴對(duì)比數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2、表3、圖2）得知，某四缸發(fā)動(dòng)機(jī)因有活塞冷卻噴嘴，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力為232KPa，約為2.5bar，相應(yīng)的活塞冷卻噴嘴的流量為0.8L/min。三缸機(jī)為三個(gè)活塞冷卻噴嘴，其流量之和為2.4L/min。

3.4 保證增壓器工作正常的機(jī)油流量設(shè)計(jì)

借鑒我司某款發(fā)動(dòng)機(jī)有無(wú)增壓器對(duì)比數(shù)據(jù)（見(jiàn)表4、圖3、圖4）得知，某四缸發(fā)動(dòng)機(jī)因有增壓器，在發(fā)動(dòng)機(jī)1500r/min時(shí)，油底殼的機(jī)油溫度為92℃，機(jī)油壓力為2.32bar。當(dāng)油溫為110℃，機(jī)油壓力為2.5bar時(shí)增壓器的機(jī)油流量為1.3L/min。

圖1 三缸機(jī)O.C.V性能數(shù)據(jù) 性能要求

圖1 三缸機(jī)O.C.V性能數(shù)據(jù) 性能要求

項(xiàng)目 單位 測(cè)試條件 耐久前規(guī)格 油溫100℃（10W-30） 耐久后規(guī)格電阻 Ω 線圈溫度：20℃ 7.4±0.5Ω 7.4±0.5Ω中心點(diǎn)電流 A 0.5L/min時(shí)電流大小 0.43-0.55A 0.43-0.55A 0.43-0.55A電流變化a A 0.5L/min-1L/min 0.03-0.030A 0.003-0.030A 0.003-0.030A電流變化b A 1L/min-0.5L/min 0.003-0.030A 0.003-0.030A 0.003-0.030A中心幅電流 A 流量小于0.5L/min時(shí)電流變化范圍 0.14-0.24A 0.14-0.24A 0.14-0.24A中心點(diǎn)泄露量 L/min 流量最小時(shí)流量 小于0.2L/min 小于0.2L/min最大流量 L/min 0.1A最大進(jìn)油口 5.2±0.5L/min 5.2±0.5L/min

表2 某款發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油冷卻器對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 某款發(fā)動(dòng)機(jī)增壓器對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

該三缸機(jī)選用的增壓器表潤(rùn)滑油流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5。

根據(jù)渦輪增壓器匹配計(jì)算輸入圖所示，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min時(shí)，其轉(zhuǎn)速在1400～1600r/min之間，在渦輪增壓器壓端匹配結(jié)果圖中對(duì)應(yīng)的渦輪轉(zhuǎn)速在119000～160000之間，此時(shí)的機(jī)油壓力為254.3KPa，對(duì)應(yīng)的機(jī)油流量為0.742L/min。留出余量后，在發(fā)動(dòng)機(jī)1500r/min時(shí)，油底殼的機(jī)油溫度為92℃，機(jī)油壓力為2.32bar時(shí)，增壓器的機(jī)油流量為0.8L/min。

表3 活塞冷卻噴嘴壓力與流量表

圖2 活塞冷卻噴嘴壓力與流量曲線

圖3 4bar時(shí)機(jī)油溫度與機(jī)油流量曲線

圖4 110℃時(shí)機(jī)油溫度與機(jī)油流量曲線

3.5 潤(rùn)滑系統(tǒng)所需機(jī)油流量計(jì)算

潤(rùn)滑系統(tǒng)機(jī)油量約等于上述2.1～2.4各項(xiàng)計(jì)算之和≈1.09+0.87+2.25+5.2+2.4+0.8=12.61 L/min。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500r/min時(shí)，潤(rùn)滑系統(tǒng)需要的機(jī)油量，如果機(jī)油泵輸出的流量能夠滿足系統(tǒng)要求即可。

根據(jù)該三缸機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)所需的機(jī)油流量計(jì)算結(jié)果，在公司現(xiàn)有的成熟產(chǎn)品中進(jìn)行匹配性選擇（表6）。

機(jī)油泵在1500r/min時(shí)，供油量的計(jì)算公式如下：

Q=0.00314（*ρ12- ρ22）*b*n/1000*ηv

ρ1——長(zhǎng)半徑（內(nèi)轉(zhuǎn)子）；

ρ2——短半徑（內(nèi)轉(zhuǎn)子）；

b——厚度（轉(zhuǎn)子）；

n——轉(zhuǎn)速（內(nèi)轉(zhuǎn)子）；

ηv——容積效率，一般為0.8～0.9；

表5 增壓器潤(rùn)滑油流量特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 機(jī)油泵主要參數(shù)數(shù)據(jù)

Q=11.87～13.35（L/min）；

因12.61L/min在11.87～13.35范圍內(nèi)，所以此機(jī)油泵滿足在最低轉(zhuǎn)速工作時(shí)的設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次對(duì)機(jī)油泵設(shè)計(jì)計(jì)算開(kāi)發(fā)過(guò)程，為三缸機(jī)機(jī)油泵的開(kāi)發(fā)節(jié)省了大量的時(shí)間，該款機(jī)油泵已在項(xiàng)目中正式投入使用。各項(xiàng)性能指標(biāo)表明該機(jī)油泵滿足三缸機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的使用要求。