某型1.6升增压发动机润滑系统的设计

于德政，安卓，王相凯，张治国，袁海马

（华晨汽车工程研究院动力总成设计处，辽宁 沈阳 110114）

引言

随着我国经济的发展，居民收入的增加，汽车保有量及普及率正快速增长，人们对汽车的动力性要求越来越高。随着发动机功率、扭矩的增高，必然导致发动机润滑机油温度升高，为保证高速相对运动的零部件之间润滑，减小摩擦阻力，降低功率消耗，需要对运动零部件的摩擦表面持续提供具有一定压力的、温度合适的润滑机油。因此为了保证润滑机油温度，需要加装机油冷却器。

本文将针对某型1.6升增压发动机机油冷却器的设计及匹配过程进行介绍。

1 开发目标

本款1.6升增压汽油发动机由于功率、扭矩较大，通过加装机油冷却器，用以保证润滑机油的正常温度，要求在任何工况下，润滑机油温度在 120℃左右，短期最高油温不超过 135℃。同时，为保证各零部件的正常运转，保证整机润滑，进排气VVT需满足最小供油压力1.4bar，缸盖油压在各个转速下大于2bar。

2 机油冷却器的选择

图1

为保证机油冷却器散热效率，该型发动机采用水冷式机油冷却器，同时为了降低开发成本，我们选用了一款与现有结构相同的机油冷却器（见图1），该型机油冷却器现广泛应用于1.5升增压汽油发动机上。

3 模拟计算

3.1 机油冷却器散热量计算

分析发动机功率扭矩，选配合适的机油冷却器，避免机油冷却器散热效率过高或过低，造成润滑机油油温过低或过高。

根据经验，机油冷却器散热量约占发动机最大功率点冷却水散热总量的10%计算：

Q—机油冷却器散热量

Ne—发动机最大功率点

qi—水冷却比散热量，一般取1994～2563Kj/Kw。

根据计算所得散热量，对比现有的 1.5T发动机机油冷却器的散热量高出1.4Kw，所以需将1.5T发动机机油冷却器增加2层油、2层水，用以满足散热要求。根据经验，机油冷却器层数的增加，能够有效减小机油压力损失。制作样件，并进行单体试验。

3.2 整机机油压力计算

根据3D数据及缸压曲线数据等对整机润滑系统进行模拟分析，基于几何结构建立发动机润滑系统模型如下图：

图3 机油温度90℃时机油泵MAP图

图4 机油温度120℃时机油泵MAP图

为保证计算结果，输入样件单体试验数据，根据样件单体试验，得到机油泵在机油温度为90℃、120℃时的MAP图，同时机油泵泄压阀开启压力设置为6.6bar。

输入相关零部件的机油压力损失，分别为机油滤清器和机油冷却器的机油压力损失MAP图。

图5 机油滤清器机油压力损失MAP图

图6 机油冷却器机油压力损失MAP图

整机计算结果显示，主油道压力在各个转速工况下都满足要求，最大油压为 5.27bar，缸盖油压在各个转速工况下都满足要求，最小油压 2.13＞2bar，进排气VVT作为整个润滑系统的末端，最小供油压力 2.17＞1.4bar，满足 VVT正常工作机油压力需求。由于由于一些边界条件不足，计算可能存在偏差，但基于上述的计算结果分析，润滑系统基本满足整机的润滑需求。

4 整机台架试验结果与分析

在仿真分析结果的基础上，制作样件，依据《汽油发动机润滑系统功能性试验规范》进行试验验证工作。试验共分3个步骤，如下表：

表1

为了准确显示整机润滑系统各位置数据，试验需要压力传感器、流量传感器和温度传感器，安装位置分别是：

油底壳布置温度传感器；机油泵机油出油口布置温度传感器和压力传感器；机油滤清器机油出油口后布置温度传感器和压力传感器，并通过专用工装，布置流量传感器；发动机主油道布置压力传感器；增压器机油进油口布置温度传感器和压力传感器；进气VVT机油进油油道布置压力传感器；排气VVT机油进油油道布置温度传感器和压力传感器；排气凸轮轴前端机油进油口布置压力传感器；机油滤清器机油出油口后布置流量传感器。

通过对试验数据的整理发现，整机台架试验在出水温度110℃时，试验油底壳最高温度 120.87℃，油冷器与油滤压损 1.05bar，发动机怠速最低油压 1bar，额定转速最低油压4.29bar，增压器进油怠速最低油压 0.89bar，额定转速最低油压3.24bar。

由于试验台阶及传感器精度的问题，该发动机的润滑系统功能试验数据可能略有偏差，但整机润滑系统各项数据均满足性能要求。

5 结论

通过对润滑系统的模拟计算结果和台架试验结果对比，两者结果虽然略有偏差，但无论是模拟计算结果还是试验结果，均满足整机性能需求，证明该发动机的润滑系统设计基本合理。并且通过先模拟计算，后制作样件进行整机台架试验，不仅节省开发费用，还缩短了开发周期，问题能够及早发现并解决。