一款三缸机用机油泵的设计开发

于荣枫 胡志刚 任伟伟 王建武 孙东明

哈尔滨东安汽车发动机制造有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150060

1 引言

发动机的润滑系统的功用是在发动机运转时保证各运动部件间要有足够的润滑油，在部件间形成足够厚度的润滑油膜，减少相对磨损同时起到冷却相关部件的作用。

2 我司某三缸机润滑系统工作原理

我司某三缸机润滑系统通过曲轴带动机油泵运转，通过机油泵输出的机油通过主油路到达各运动部件，系统的机油压力由机油泵的输出流量特性保证。。

3 润滑系统的计算

润滑系统能实现对高速运转部件的保护作用、减少摩擦、同时又能起到冷却作用、对整个油路系统还用清洁过滤保护功能。对于该款发动机来说，曲轴主轴外颈 、曲柄销外径、凸轮轴轴承、O.C.V及活塞冷却喷嘴、增压器是润滑系统的需要机油量比较的重要零件。本文通过对主要部件需要机油的设计，对机油泵进行设计，同时结合公司现有成熟产品进行验算，确保开发设计的该款机油泵具有使用价值 。

3.1 保证曲轴主轴外颈、曲柄销外径、凸轮轴轴承工作正常的机油流量设计

根据历史数据积累经验，每1mm2的润滑间隙面积，在最低工作转速时机油泵供油量必须达到3L/mm2·h；本三缸机运用公式（1）计算出各轴承处需要的机油流量，见表（1）

Vq=VF=3F

V——润滑零件部件间隙的油量，设计时一般取 3L/mm2·h；

表1 轴承的技术参数和计算的机油量

F——需润滑的所有轴承的间隙总面积，mm2；

F=Σ（D*π*dmax）；

D——轴承直径；

dmax——最大轴承径向间隙

3.2 保证O.C.V工作正常的机油流量设计

根据O.C.V图纸提供的数据，机油流量为5.2L/min。见图1。

3.3 保证活塞冷却喷嘴工作正常的机油流量设计

借鉴我司某款发动机有无活塞冷却喷嘴对比数据（见表2、表3、图2）得知，某四缸发动机因有活塞冷却喷嘴，此时发动机机油压力为232KPa，约为2.5bar，相应的活塞冷却喷嘴的流量为0.8L/min。三缸机为三个活塞冷却喷嘴，其流量之和为2.4L/min。

3.4 保证增压器工作正常的机油流量设计

借鉴我司某款发动机有无增压器对比数据（见表4、图3、图4）得知，某四缸发动机因有增压器，在发动机1500r/min时，油底壳的机油温度为92℃，机油压力为2.32bar。当油温为110℃，机油压力为2.5bar时增压器的机油流量为1.3L/min。

图1 三缸机O.C.V性能数据 性能要求

图1 三缸机O.C.V性能数据 性能要求

项目 单位 测试条件 耐久前规格 油温100℃（10W-30） 耐久后规格电阻 Ω 线圈温度：20℃ 7.4±0.5Ω 7.4±0.5Ω中心点电流 A 0.5L/min时电流大小 0.43-0.55A 0.43-0.55A 0.43-0.55A电流变化a A 0.5L/min-1L/min 0.03-0.030A 0.003-0.030A 0.003-0.030A电流变化b A 1L/min-0.5L/min 0.003-0.030A 0.003-0.030A 0.003-0.030A中心幅电流 A 流量小于0.5L/min时电流变化范围 0.14-0.24A 0.14-0.24A 0.14-0.24A中心点泄露量 L/min 流量最小时流量 小于0.2L/min 小于0.2L/min最大流量 L/min 0.1A最大进油口 5.2±0.5L/min 5.2±0.5L/min

表2 某款发动机机油冷却器对比试验数据

表4 某款发动机增压器对比试验数据

该三缸机选用的增压器表润滑油流量特性试验数据见表5。

根据涡轮增压器匹配计算输入图所示，在发动机转速为1500r/min时，其转速在1400～1600r/min之间，在涡轮增压器压端匹配结果图中对应的涡轮转速在119000～160000之间，此时的机油压力为254.3KPa，对应的机油流量为0.742L/min。留出余量后，在发动机1500r/min时，油底壳的机油温度为92℃，机油压力为2.32bar时，增压器的机油流量为0.8L/min。

表3 活塞冷却喷嘴压力与流量表

图2 活塞冷却喷嘴压力与流量曲线

图3 4bar时机油温度与机油流量曲线

图4 110℃时机油温度与机油流量曲线

3.5 润滑系统所需机油流量计算

润滑系统机油量约等于上述2.1～2.4各项计算之和≈1.09+0.87+2.25+5.2+2.4+0.8=12.61 L/min。

根据经验，当发动机转速为1500r/min时，润滑系统需要的机油量，如果机油泵输出的流量能够满足系统要求即可。

根据该三缸机润滑系统所需的机油流量计算结果，在公司现有的成熟产品中进行匹配性选择（表6）。

机油泵在1500r/min时，供油量的计算公式如下：

Q=0.00314（*ρ1²- ρ2²）*b*n/1000*ηv

ρ1——长半径（内转子）；

ρ2——短半径（内转子）；

b——厚度（转子）；

n——转速（内转子）；

ηv——容积效率，一般为0.8～0.9；

表5 增压器润滑油流量特性试验数据

表6 机油泵主要参数数据

Q=11.87～13.35（L/min）；

因12.61L/min在11.87～13.35范围内，所以此机油泵满足在最低转速工作时的设计要求。

4 结语

通过本次对机油泵设计计算开发过程，为三缸机机油泵的开发节省了大量的时间，该款机油泵已在项目中正式投入使用。各项性能指标表明该机油泵满足三缸机润滑系统的使用要求。