油泵在自动变速器降功耗提效率上的研究分析

闫亚潘，杨士先

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

油泵在自动变速器降功耗提效率上的研究分析

闫亚潘，杨士先

（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽 合肥 230601）

油泵是自动变速箱液压系统的动力源。油泵在实现其功能的同时也消耗了变速箱的输入功，其效率和排量也直接影响到变速箱的效率；通过优化油泵的结构和采用机械泵加电子泵一起供油的举措可以有效地降低自动变速箱的功耗并提升变速器的效率。基于NEDC[1]测试工况，文章通过对某款变速箱及其变型产品的研究分析阐述油泵在降功耗提效率方面的影响。

机械油泵；电子油泵；NEDC；降功耗；提效率

10.16638 /j.cnki.1671-7988.2016.10.038

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)10-119-03

引言

随着自然环境日益严峻，国家对汽车的排放提出了更高的要求[2]，汽车企业必须通过提高整车的效率[3]降低排放来适应市场的需求。变速箱作为整车的核心零部件之一，提高自身效率对整车至关重要，而油泵作为液压系统的动力源，占变速箱功耗损失的很大一部分。据统计，油泵功耗占变速箱损失功的30%～70%，因此，油泵的节能特性对变速箱影响重大，优化油泵结构，改善油泵供油特性，对提升变速箱效率降低排放有重要意义。

本文以国内某款自动变速箱及其变型产品为研究对象，基于NEDC循环测试工况，对搭载该款变速箱的整车进行试验研究。在研究中，我们将该款变速箱原型的各项性能指标和测试数据当作基础数据库，包含变速箱的输入功、输出功、效率以及油泵的排量、容积效率、机械效率等。

1、电子油泵和机械油泵在自动变速箱中的应用

1.1 单一机械油泵

机械油泵作为变速箱唯一的液压动力来源，负责整个系统的执行件工作用油，比如离合器、同步器换挡等，以及系统的冷却润滑用油，比如齿轴和离合器冷却润滑等。

1.2 机械泵和电子油泵

机械油泵和电子油泵联合供油的方式有2种。一种是电子泵起辅助作用供油，只在发动机低转速时工作，比如发动机转速低于2000rpm，协同机械油泵供油，如图2；另一种是机械油泵和电子油泵分别负责执行件和冷却润滑系统的供油，如图3。

2、油泵对自动变速箱功耗的影响

2.1 油泵的功率

对于单一机械油泵（定排量），其输入功率如公式1，输出功率为公式2。

机械油泵的输入功率：Hin= Ta*N/9.55 （公式1）[4]

机械油泵的输出功率：Hout=P*Q （公式2）

注：Ta是输入扭矩，N是油泵转速，P是油泵负载，Q是油泵输出流量,上述参数在特定工况下，均是已知或可测。

在特定工况下，油泵的输入功率和输出功率如下：

对于电子油泵（定排量），其消耗的功率等于电机的输入功率，其输入功率为公式3。

Hin=UI （公式3）

对于一个液压系统中既有机械油泵又有电子油泵的组合系统，其输入功率是不同工况下机械油泵和电子油泵输入功率的和，即Hin=Hin电子+Hin机械。

3.2 油泵的消耗功

一个NEDC循环是1180s，如图5，以某款自动变速箱为例，在一个NEDC循环内，其工况通过转化采集数据如表1：

该款变速箱中油泵的排量是16.8cc/rev。油泵消耗功Win=Hin*t，（t是NEDC循环中对应工况的持续时间）。（公式4）

计算得到：该款变速箱中的油泵在一个NEDC循环内消耗功为Wa0=936850J。

而该款变速箱在一个NEDC循环内发动机输入功为Wb0=7393773J，变速箱输出功为Wc0=5682680J。由此可以得到变速箱的损失功为Wd0=Wb0-Wc0=1711093J。

所以，油泵消耗功占变速箱损失功的百分比为：

η油泵=100%*Wa0/( Wb0 - Wc0) （公式5）

η变速箱=100%*Wc0/Wb0

η油泵=54.75%。

η变速箱=76.86%

注：η变速箱是变速箱的功耗效率，即用来评估变速箱的碳排放，而非各档位下的效率。

由此，可以看出油泵功耗占变速箱损失功的很大一部分。定排量泵的缺陷就是在部分工况下能量浪费严重。根据车辆（一般家庭用车）的实际应用，大部分工况下，发动机转速都工作在低于4000rpm以下，主要工况转速在1500rpm～ 3000rpm区间。那么对于定排量的大排量机械油泵在高转速工况时必然造成诸多能量浪费。

3.3 小排量机械泵加电子油泵共同供油

以该款变速箱的变型产品为例，该变型产品主要是对供油系统进行了优化设计，包含油泵、油道重新进行布置和设计等。以电子泵供给执行件用油，小排量机械油泵供给系统冷却润滑用油来代替单一机械油泵工作，所谓的小排量机械油泵即在原来机械油泵的基础上对油泵排量进行适当缩减，在该款变型产品中，小排量机械油泵的排量即减为原来机械油泵排量的2/3左右（具体排量降低多少需要根据液压系统需求进行设计计算）。 机械油泵的容积效率和机械效率不变。

由油泵的机械效率、理论流量、负载可以推算出油泵需要的输入扭矩Tt：

注：Qa理论流量、P油泵出口负载、n油泵转速和η油泵机械效率。

设定降排量机械油泵的排量为V=10.5cc/rev，由此计算得到相应转速下的理论流量是：

由(公式6)、（公式7）计算得到降排量机械泵的输入扭矩Tt。由油泵输入功率Hin降机械=Tt*n/9.55（公式8）可以得到降排量机械油泵在不同转速下的输入功率。

电子油泵的消耗功率等于电机的输入功率：

由于电子油泵的输入电流受油泵负载和转速影响，并不是恒定不变的，即电子泵的输入功率是随着负载和转速变化的。对于电子油泵，最简单的使用方式是使电机稳定在某一转速工作，输出稳定的流量。电子油泵的这种工作方式是配合小排量机械油泵在发动机低转速时工作，当发动机转速大于某一数值时，电子油泵停止工作，由机械油泵单独供油。工作模型如图2-1，该种工作方式下的电子油泵其节能效果并不是特别好。电子油泵的另一种工作方式是电子油泵的转速由自带的控制器控制电机根据系统需要调节转速来输出可变的流量，以满足系统对流量的需求。工作模型如图2-2，电子油泵根据系统需要提供执行器工作需要的全部用油。为了便于计算，将该变型产品中电子油泵的功率按照恒定值处理；即，取电子油泵工作的平均功率。根据统计分析和计算，该变型产品中电子油泵的平均功率Hin电子=UI=244w。

电子油泵和降排量机械油泵的功率和，即该变速箱中油泵的总功率和总功：

在一个NEDC循环内，结合表一，计算得到组合泵的总功为Wa0'=636612J。

3.4 油泵能源消耗降低率

定义：油泵能源消耗降低率，在一个NEDC循环内，原机械油泵的消耗功和组合泵（本文中电子油泵和降排量机械油泵一起工作的统称）的消耗功之差与原机械油泵消耗功的百分比。

能源消耗降低率Ed=100%*（Wa0-Wa0'）/ Wa0（公式12）

测得数据曲线如下：

3.5 优化油泵设计和供油结构对变速箱功耗效率的影响

已测得一个NEDC循环内，原机械油泵的消耗总功为Wa0，组合泵的消耗总功是Wa0'，采用原机械油泵时发动机的输入功为Wb0，输出功为Wc0。

则采用组合泵时，按照变速箱输出功不变（变速箱的输出功决定于其负载），其发动机输入功为

Wb0'=[Wb0-(Wa0 -Wa0')]/η变速箱=7003144（J公式13）

采用双泵后变速箱功耗效率：

η'变速箱=100%* Wc0/Wb0'（公式14）

由（公式12）、（公式14）和已测得数据，计算得到η'变速箱=81.14%。即变速箱的功耗效率由原来的76.86%经过优化油泵设计和供油结构后提高到现在的81.14%，变速箱功耗效率提高了4.28%。

3、结论

本文以国内某款自动变速箱为例，阐述了油泵对自动变速箱的功耗损失具有重大影响；以其变型产品为参照对象，论证了通过优化油泵结构、改善供油回路可以很大程度提高自动变速箱的功耗效率。

[1] GB18352[1].3-2005轻型汽车污染物排放限值及测量方法.

[2] GB19578-2014乘用车燃料消耗量限值；GB27999乘用车燃料消耗量评价方法及指标.

[3] 余志生.汽车理论[第三版].清华大学.机械工业出版社.2000.4.

[4] 宋建安 赵铁柱.液压传动.世界图书出版公司,2004.6.

The influence of oil pump on decreasing energy and improving efficiency for the Automatic Transmission

Yan Yapan, Yang Shixian
( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd, Anhui Hefei 230601 )

The oil pump is the power of the Automatic Transmission’s hydraulic system. It also consume energy of the Automatic Transmission when the oil pump makes its function. Its efficiency and Capacity have influence on the efficiency of the Automatic Transmission. By improving oil pump structure and adopting the machineing pump with the electronic pump to provide oil , it is able to decrease availably the consumed energy of the Automatic Transmission and improve the its efficiency. Based on the NEDC[1]situation, The paper expatiates the influence of oil pump on decreasing energy and improving efficiency, by researching the someone automatic transmission and its changed product.

Machineing pump; Electronic pump; NEDC; Decreasing energy; Improving efficiency

U467.3

A

1671-7988(2016)10-119-03

闫亚潘（1987-），男，中级工程师，就职于安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，从事变速箱设计研发。