一款三缸機用機油泵的設計開發

于榮楓 胡志剛 任偉偉 王建武 孫東明

哈爾濱東安汽車發動機制造有限公司 黑龍江省哈爾濱市 150060

1 引言

發動機的潤滑系統的功用是在發動機運轉時保證各運動部件間要有足夠的潤滑油，在部件間形成足夠厚度的潤滑油膜，減少相對磨損同時起到冷卻相關部件的作用。

2 我司某三缸機潤滑系統工作原理

我司某三缸機潤滑系統通過曲軸帶動機油泵運轉，通過機油泵輸出的機油通過主油路到達各運動部件，系統的機油壓力由機油泵的輸出流量特性保證。。

3 潤滑系統的計算

潤滑系統能實現對高速運轉部件的保護作用、減少摩擦、同時又能起到冷卻作用、對整個油路系統還用清潔過濾保護功能。對于該款發動機來說，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、增壓器是潤滑系統的需要機油量比較的重要零件。本文通過對主要部件需要機油的設計，對機油泵進行設計，同時結合公司現有成熟產品進行驗算，確保開發設計的該款機油泵具有使用價值 。

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油流量設計

根據歷史數據積累經驗，每1mm2的潤滑間隙面積，在最低工作轉速時機油泵供油量必須達到3L/mm2·h；本三缸機運用公式（1）計算出各軸承處需要的機油流量，見表（1）

Vq=VF=3F

V——潤滑零件部件間隙的油量，設計時一般取 3L/mm2·h；

表1 軸承的技術參數和計算的機油量

F——需潤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工作正常的機油流量設計

根據O.C.V圖紙提供的數據，機油流量為5.2L/min。見圖1。

3.3 保證活塞冷卻噴嘴工作正常的機油流量設計

借鑒我司某款發動機有無活塞冷卻噴嘴對比數據（見表2、表3、圖2）得知，某四缸發動機因有活塞冷卻噴嘴，此時發動機機油壓力為232KPa，約為2.5bar，相應的活塞冷卻噴嘴的流量為0.8L/min。三缸機為三個活塞冷卻噴嘴，其流量之和為2.4L/min。

3.4 保證增壓器工作正常的機油流量設計

借鑒我司某款發動機有無增壓器對比數據（見表4、圖3、圖4）得知，某四缸發動機因有增壓器，在發動機1500r/min時，油底殼的機油溫度為92℃，機油壓力為2.32bar。當油溫為110℃，機油壓力為2.5bar時增壓器的機油流量為1.3L/min。

圖1 三缸機O.C.V性能數據 性能要求

圖1 三缸機O.C.V性能數據 性能要求

項目 單位 測試條件 耐久前規格 油溫100℃（10W-30） 耐久后規格電阻 Ω 線圈溫度：20℃ 7.4±0.5Ω 7.4±0.5Ω中心點電流 A 0.5L/min時電流大小 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時電流變化范圍 0.14-0.24A 0.14-0.24A 0.14-0.24A中心點泄露量 L/min 流量最小時流量 小于0.2L/min 小于0.2L/min最大流量 L/min 0.1A最大進油口 5.2±0.5L/min 5.2±0.5L/min

表2 某款發動機機油冷卻器對比試驗數據

表4 某款發動機增壓器對比試驗數據

該三缸機選用的增壓器表潤滑油流量特性試驗數據見表5。

根據渦輪增壓器匹配計算輸入圖所示，在發動機轉速為1500r/min時，其轉速在1400～1600r/min之間，在渦輪增壓器壓端匹配結果圖中對應的渦輪轉速在119000～160000之間，此時的機油壓力為254.3KPa，對應的機油流量為0.742L/min。留出余量后，在發動機1500r/min時，油底殼的機油溫度為92℃，機油壓力為2.32bar時，增壓器的機油流量為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時機油溫度與機油流量曲線

圖4 110℃時機油溫度與機油流量曲線

3.5 潤滑系統所需機油流量計算

潤滑系統機油量約等于上述2.1～2.4各項計算之和≈1.09+0.87+2.25+5.2+2.4+0.8=12.61 L/min。

根據經驗，當發動機轉速為1500r/min時，潤滑系統需要的機油量，如果機油泵輸出的流量能夠滿足系統要求即可。

根據該三缸機潤滑系統所需的機油流量計算結果，在公司現有的成熟產品中進行匹配性選擇（表6）。

機油泵在1500r/min時，供油量的計算公式如下：

Q=0.00314（*ρ12- ρ22）*b*n/1000*ηv

ρ1——長半徑（內轉子）；

ρ2——短半徑（內轉子）；

b——厚度（轉子）；

n——轉速（內轉子）；

ηv——容積效率，一般為0.8～0.9；

表5 增壓器潤滑油流量特性試驗數據

表6 機油泵主要參數數據

Q=11.87～13.35（L/min）；

因12.61L/min在11.87～13.35范圍內，所以此機油泵滿足在最低轉速工作時的設計要求。

4 結語

通過本次對機油泵設計計算開發過程，為三缸機機油泵的開發節省了大量的時間，該款機油泵已在項目中正式投入使用。各項性能指標表明該機油泵滿足三缸機潤滑系統的使用要求。