某汽油机机油泵校核计算

钟臻，许涛，阮仁宇

(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230601)



某汽油机机油泵校核计算

钟臻，许涛，阮仁宇

(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥 230601)

采用机油泵经典计算法对某自然吸气汽油机的机油泵进行校核计算，计算出润滑系统所需机油量以及该机油泵的理论输油量。结果表明：原自然吸气汽油机的机油泵不能满足新机型的润滑要求。重新开发一款新机油泵，并进行校核计算和试验验证。结果证明：新机油泵的理论输油量和实际输油量均满足润滑系统的需求。

机油泵；校核计算；输油量

0　前言

机油泵是一种应用广泛的润滑通用机械，通过它抽取的机油对各种做相对运动的零件的摩擦表面进行润滑，从而保障旋转机件的温顺运行。在汽车发动机中，机油泵的作用是为润滑系统提供源源不断的润滑机油，使相对运动的零件的摩擦表面之间保持一层润滑油膜，使两零件的摩擦表面隔开，形成液体摩擦，减少零件的磨损和功率的消耗，同时机油泵还供油给活塞冷却喷嘴来冷却活塞。

某公司在自主研发的一款自然吸气汽油机产品的基础上，开发一款同排量的增压汽油机型，针对原自然吸气汽油机的机油泵，对机油泵能力进行校核，分析其是否能满足增压汽油机润滑系统的开发需求，若不能，则开发一款全新机油泵产品。

1　计算过程

在低转速的时候，机油泵传输的油量往往不能满足发动机需要；随着转速的增加，机油泵的输油能力将迅速提升，当达到某一个值时，机油泵的输油量将超过发动机的需油量。

为了估算需要的机油泵排出机油量，一般都要假设低转速工况时的油压是足够的。校核机油泵时，汽油机转速的取值区间有一定的范围，在该范围内，发动机开始完全润滑；同时，机油泵输油量和发动机需油量又接近一致，这个区间一般为800～2 000 r/min，通常取1 500 r/min。

当机油泵的输油量在1 500 r/min满足汽油机润滑需要的机油量时，就可以认为机油泵的设计满足要求。因此，文中主要针对机油泵在1 500 r/min时，理论输油量是否满足润滑系统所需机油量进行校核计算。

1.1润滑系统所需机油量的计算

图1为润滑系统示意图，机油泵抽取的机油量减去当供油管内压力过大时经过限压阀流回油底壳的机油量，就等于经过机油滤清器进入主油道的机油量。由于限压阀的开启压力为(590±50) kPa，而在发动机转速为1 500 r/min时，系统压力小于限压阀的开启压力，所以限压阀关闭，这部分流量不需考虑。

主油道的机油一部分直接进入VVT和自动张紧器流回油底壳，一部分进入缸盖主油孔，还有一部分进入缸体油道。进入缸盖主油道的机油一部分进入进、排气凸轮轴轴承和机械挺柱(两支)，对之润滑;另一部分经过增压器流回油底壳，构成循环。进入缸体油道的机油分别进入曲轴轴颈、冷却喷油嘴和正时链喷油嘴流回油底壳。由于自动张紧器的机油流量较小，大约为200～300 mL/h，影响不大，故可忽略不计。

由上面的分析可知，润滑系统需油量≈VVT机油流量+自动张紧器机油流量+轴承机油流量+增压器机油流量+曲轴轴颈机油流量+冷却喷油嘴机油流量+正时喷油嘴机油流量。

(1)轴承机油流量

轴承机油流量计算采取AVL的经验公式，轴承润滑的机油流量需求可以由下式估算：

VB=v·AB

此处AB=∑(D·π·dmax)

式中：VB为低速时轴承润滑需要的机油流量(L/h)；

AB为轴承间隙总面积(mm2)；

D为轴承直径(mm)；

dmax为最大轴承径向间隙(mm)；

v为单位机油流量(经验数据)[L/(mm2·h)]。

假设的轴承间隙总面积通常取110 mm2时的值，这个值已经考虑了热膨胀的影响。

发动机转速1 500 r/min时，曲轴和凸轮轴的单位机油流量v应当不小于3.0 L/(mm2·h)。

表1—3列出了计算得到的各轴承的间隙面积和机油流量需求。

表1　主轴承技术参数和计算的机油量

表2　曲柄销技术参数和计算的机油量

表3　凸轮轴轴承技术参数和计算的机油量

(2)VVT润滑

VVT系统由传感器、ECU和凸轮轴液压控制阀、控制器等部分组成。它通过连续改变进气正时，使气门达到最佳气门正时的位置，从而能有效地提高汽车的功率与性能，尽量减少耗油量和废气排放。

根据厂家提供的数据，机油流量为2 L/min，即120 L/h。

(3)活塞冷却喷嘴

对于活塞冷却喷嘴而言，油流量主要是由喷嘴出口面积控制。当供油压力达到足够高的时候，喷嘴控制阀将完全打开，此时，油流量将在这个供油压力条件下达到最大值。如果进一步增加供油压力，油流量也会相应增加，但是对于油流量影响更为显著的还是喷嘴的出口面积。

根据厂家提供的数据，活塞冷却喷嘴的流量为1 L/min，即60 L/h，由于该汽油机为四缸机，则总的流量为240 L/h。

根据AVL的经验，对于增压汽油机而言，相对于发动机功率，需要的活塞冷却喷嘴机油量一般在下面的这个范围内：

2.0～3.0 L/(h·kW)

该汽油机的功率为95 kW，则需求范围为：190～285 L/h，计算所得的总流量240 L/h刚好在这个范围内。

(4)正时齿轮和链条以及增压器

正时齿轮和链条的机油量为1 L/min，即60 L/h。

增压器的机油量为(1.5±0.3) L/min，取最大值1.8 L/min，即108 L/h。

(5)计算结果

主油道输油量=主轴承机油量+曲柄销机油量+凸轮轴机油量+VVT机油量+活塞冷却喷油嘴机油量+正时齿轮和链条机油量+增压器机油量=876.9 L/h。

具体的结果如表4所示。

表4系统润滑部件需要的机油量统计表

L·h-1

1.2机油泵输油能力理论计算

根据前面的计算，得知目前润滑系统所需的机油量为876.9 L/h，而机油泵的理论输油量必须大于876.9 L/h，才能满足润滑系统的需求。

通过基本的几何尺寸可以计算得到油泵的理论流量。转子式油泵的计算公式如下：

Q =60×D2×B×N×ηv×10-6/Z(L/h)

其中：D=m×ZnN=n×Zw/Zn

式中：D为分度圆直径(mm)；

m为齿轮模数(mm)；

Zn为油泵内部转子的数目；

Zw为油泵外部转子的数目;

n为泵的转速(r/min)；

B为齿轮的厚度(mm)；

ηv为转子泵输油量系数。

根据以上的公式，可以计算机油泵的输送能力。以内转子为计算对象，得出表5。

即该机油泵在发动机转速为1 500 r/min时理论输油量为762.57 L/h，小于润滑系统需要的机油量，而由于机油泵都存在一定的泄漏，因此，其效率必然小于100%，则其实际输油量肯定小于762.57 L/h，可见该机油泵不能满足润滑系统的要求。

表5　理论机油泵输油量计算参数表

2　新机油泵开发

2.1新机油泵输油能力理论计算

根据前面的校核结果，该机油泵无法满足润滑系统的要求。从机油泵输油能力计算公式来看，该机油泵偏小，可通过扩大分度圆直径、减小齿数并增大齿厚的方法来增大机油泵的输油能力。鉴于此，开发出一款全新的机油泵产品，并重新对其进行校核计算。

从表6来看：新开发的机油泵理论输油量远远大于润滑系统的需求，从理论上来说，满足润滑系统的需求，但是实际需求量是否满足还需进行试验验证。

表6　新机油泵理论机油泵输油量计算参数表

2.2试验验证

新机油泵各转速下的实际输油量如图2所示。

从试验结果来看，新机油泵在1 500 r/min时，其实际输油量为1150.2L/h，大于876.9L/h，能够满足润滑系统的需求。

3　结束语

采用机油泵经典校核计算方法对现有机油泵进行了校核计算，发现现有自然吸气机型的机油泵不能满足新开发的增压机型的润滑要求。经过分析，现有机油泵偏小，可通过扩大机油泵转子的分度圆直径、减小齿数并增大齿厚的方法来增大机油泵的输油能力。鉴于此，开发出一款全新的机油泵产品，并重新对其进行校核计算。新机油泵的理论输油量满足润滑系统的需求。最后通过试验验证，新机油泵的实际输油量也能满足润滑系统的需求。

【1】吴兆汉.内燃机设计[M].北京：北京理工大学出版社，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

钟臻(1988—)，男，学士，助理工程师，从事发动机设计工作。E-mail:zhongzhen_dly@163.com。