某發動機機油泵驅動系統選型試驗分析

王艷芳，焦紅星，馮世杰

（鄭州職業技術學院 汽車工程系，鄭州 450121）

0 前言

發動機前端附件系統是汽車上一個重要的機械傳動系統，是通過鏈條將曲軸端輸出的動力傳遞到發動機相應的附件上，從而保證發動機的正常運轉，前端附件驅動系統的布置、結構及零部件的選擇將直接影響發動機性能的優劣[1]。

前端附件驅動系統包括正時系統和機油泵驅動系統[2-6]。其中機油泵驅動系統作用是通過鏈條或皮帶將曲軸輸出的力傳遞給機油泵，使機油泵正常工作。若機油泵驅動系統選擇不當，則可能會導致前端附件系統零部件的不正常運行，從而影響發動機的扭矩、NVH性能等。

某四缸直噴發動機選了兩種方案的機油泵驅動系統，將這兩種方案分別裝到改裝后的發動機上來進行發動機動態試驗驗證，并對試驗結果進行分析。本文選取了發動機正常運行時的一些試驗數據和發動機在邊界條件運行時的試驗數據進行對比分析，最終確定最優方案的機油泵驅動系統來匹配該發動機[7-9]。文中改裝發動機的方法和試驗測試方法，對發動機機油泵驅動系統的設計和驗證評估具有一定的指導意義[2]。

1 試驗裝置及方法

1.1 機油泵系統結構及試驗裝置

機油泵驅動系統由機油泵鏈輪、曲軸鏈輪、機油泵鏈條、張緊器等組成。如圖1所示。機油泵驅動系統選型試驗是在改裝后的4缸增壓直噴發動機上進行，通過發動機綜合試驗臺架來對該發動機的整體性能進行測試。該試驗是通過發動機在各種工況下運轉，對正時系統和機油泵系統附件的運動狀態的測試來進行的，最終根據試驗結果來選取最優的機油泵驅動系統的配置。正時系統測試裝置示意圖如圖2所示。

圖1 正時系統測試裝置示意圖

圖2 機油泵驅動系統

1.2 試驗方法

該試驗為發動機動態試驗，根據前期的設計，該機油泵驅動系統選擇兩種布置形式，方案一：扭簧式張緊器+66節機油泵鏈；方案二：2片機械式張緊器+68節機油泵鏈。將這兩種方案分別依次裝在改裝后的四缸發動機上進行臺架試驗驗證，測試正時系統及機油泵驅動系統一些附件的運動狀態。

正時系統的動態參數主要包括進氣凸輪軸與曲軸角度偏差值、排氣凸輪軸與曲軸角度偏差值、進排氣凸輪軸相對角度偏差值、發動機扭矩、發動機油壓和液壓式正時張緊器的高壓腔油壓、低壓腔油壓、活塞位移、活塞峰值位移等。機油泵驅動系統的動態參數主要包括機械式張緊器的導軌位移、導軌峰值位移等。

本文選取了發動機在正常工作時的機油溫度（90℃）和較高機油溫度（120℃）時，發動機負載分別是0%、50%、100%，正時鏈條和機油泵鏈條均采用變形鏈的條件下的試驗結果進行分析，從正時系統和機油泵驅動系統的主要動態參數來綜合評述這兩種方案，最終選出最佳方案。

2 試驗結果分析

在發動機機油溫度為90℃時，正時系統中，兩種方案的動態試驗結果顯示：正時張緊器高壓腔油壓值均在6 MPa內；張緊器活塞位移值隨著曲軸轉速的提高呈現減小的趨勢，且最大值均在5 mm范圍內；發動機在不同負載下，進氣凸輪軸相對于曲軸偏轉的角度值均在2.75°以內；排氣凸輪軸相對于曲軸偏轉的角度值隨著曲軸轉速的提高呈現增大趨勢，但最大偏差值在2.75°以內；進排氣凸輪軸相對角度偏差值隨著曲軸轉速的提高無增大趨勢，最大偏差值在0.4°以內。這些偏差值都屬于正常誤差范圍內，對發動機性能無影響，符合設計要求。

在發動機機油溫度為90℃時，機油泵驅動系統中，兩種方案的機械式張緊器導軌位移最大值均在4.5 mm范圍內，屬于正常誤差范圍內，方案一的張緊器活塞位移峰值在2.5 mm內，方案二的張緊器活塞位移峰值在1.0 mm內，兩種方案的值都在設計要求的誤差范圍內。

在發動機機油溫度為120℃時，機油泵驅動系統的張緊器導軌位移峰值：方案一的張緊器導軌位移峰值變化曲線如圖3所示，曲軸轉速從1 000 r/min至4 500 r/min時，張緊器導軌位移峰值在2.25 mm以內，曲軸轉速從4 500r/min到5 500 r/min時，導軌位移峰值較高，最高達到4.5 mm，超出正常的誤差范圍。方案二的張緊器導軌位移峰值變化曲線如圖4所示，張緊器導軌位移峰值的大小隨曲軸轉速的增加而呈現增大的趨勢，在曲軸轉速為3 000 r/min之前，峰值很?。辉谇S轉速為5 000 r/min左右時，峰值最大，最大值約為2.5 mm；曲軸轉速為其他值時，張緊器導軌位移峰值略小，均在2.25 mm范圍之內。

圖3 方案一張緊器導軌位移峰值曲線圖

圖4 方案二張緊器導軌位移峰值曲線圖

圖3 、圖4的圖形說明

綜上所述，在機油溫度為90℃及以下時，兩種設計方案的機油泵驅動系統的試驗結果顯示都符合發動機動態試驗要求；在機油溫度為120℃時，方案一的配置方式不符合發動機的設計要求。

3 結束語

本試驗實測了發動機前端附件系統的動態特性，將經過改裝的發動機裝在測試試驗臺架上，使發動機在不同工況下運轉，分別測試各種狀態下的正時系統和機油泵驅動系統的動態參數。

本文選取了發動機負載分別為0%、50%、100%三種狀況下，兩種不同機油溫度的正時系統和機油泵驅動系統附件的主要動態參數值進行分析。結果表明：

（1）正時系統

兩種配置中，正時張緊器高壓腔和低壓腔性能顯示良好，高壓腔油壓最大值達到7 MPa左右，低壓腔油壓最大值在1.5MPa以內，這些值都在正常誤差范圍內；在正時鏈條和機油泵鏈條都使用變形鏈時，正時張緊器柱塞位移峰值最大是2.2 mm；正時張緊器柱塞移動量都在正常的范圍內；進氣凸輪軸與曲軸角度偏差值，排氣凸輪軸與曲軸角度偏差值，進氣凸輪軸與排氣凸輪軸角度偏差值都很小，在合理 的設計范圍內。

（2）機油泵驅動系統

方案一（即扭簧式張緊器和66節機油泵鏈條）在安裝到發動機上時，機油泵張緊器導軌與油底殼間隙太小，使得導軌運動受阻且方案一的布置產生了一種新的共振頻率（≈520 Hz），這導致張緊器導軌位移增加5 mm，在機油溫度較高時（120℃），張緊器導軌最大位移峰值達到4.5 mm，不符合設計要求；方案二（即2片式張緊器和68節機油泵鏈條）的布置是很合適的，沒有出現機油泵鏈條和鏈輪的動態問題，在機油溫度較高時（120℃），張緊器導軌最大位移峰值是2.5 mm，大多數情況下，位移峰值低于2.25 mm，符合發動機設計要求。

綜上所述，對于前端附件的運動狀態來講，機油泵驅動系統的改變對正時系統幾乎沒有影響，但對機油泵驅動系統的裝配和振動都略有影響。因此，對于這臺4缸增壓直噴發動機來講，選用2片式機械張緊器和68節鏈條這種方案的機油泵驅動系統是最佳的選擇。