可變機(jī)油泵泵效率優(yōu)化研究

卜艷亮，崔志強(qiáng)

（華晨汽車工程研究院動(dòng)力總成設(shè)計(jì)處，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

前言

國(guó)家汽車油耗能要求越來(lái)越高,可變泵為汽車領(lǐng)域不可或缺的技術(shù)之一，機(jī)油泵總成作為潤(rùn)滑系統(tǒng)的動(dòng)力輸出端，保證發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑，但當(dāng)前機(jī)油泵為定量機(jī)油泵，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，輸出流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速而增加，但發(fā)動(dòng)機(jī)到一定轉(zhuǎn)速后，主油道壓力要求穩(wěn)定，也就是說(shuō)輸出流量不需再增加，現(xiàn)行機(jī)油泵設(shè)計(jì)時(shí)為滿足低速油壓需求，造成高轉(zhuǎn)速工況出現(xiàn)泵油量過(guò)大現(xiàn)象，而多余的機(jī)油只能從旁通閥泄漏，機(jī)油泵做了一定的無(wú)用功，多消耗了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，然而當(dāng)前可變泵的最主要的結(jié)構(gòu)方式為葉片式可變泵，優(yōu)點(diǎn)主要是成本低，效率相對(duì)較高，便于整機(jī)布置，當(dāng)然可變泵的效率即為我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)所需要重點(diǎn)關(guān)注的。

1 優(yōu)化前可變泵結(jié)構(gòu)方案介紹

圖1

該款可變機(jī)油泵為電磁閥控制，可變泵內(nèi)轉(zhuǎn)子直接安裝在曲軸上，通過(guò)曲軸的旋轉(zhuǎn)直接驅(qū)動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)子，為機(jī)油泵提供動(dòng)力，以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)需求，我們所設(shè)計(jì)的可變泵方案如下：1.1 方案一（case1）

圖2

配流盤優(yōu)化：增加進(jìn)油腔增加兩個(gè)卸荷槽，出油腔增加一個(gè)卸荷槽如圖示三角形所指示位置，保證機(jī)油泵泵油后進(jìn)油出油順暢，降低機(jī)油運(yùn)行流阻，同時(shí)在十字型位置，增大進(jìn)行截面積，保證該截面積不小于機(jī)油集濾器進(jìn)油管的截面積，避免進(jìn)油時(shí)存在截流問(wèn)題，從而降低機(jī)油泵的效率。

1.2 方案二（case2）：可變泵的進(jìn)油口位置

圖3

進(jìn)油口：“1”所示為原方案的進(jìn)油口，“6”所示為新方案的進(jìn)油口，機(jī)油泵的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)榧^所指示的方向，原方案進(jìn)油口在曲軸回轉(zhuǎn)中心的正下方，而新的優(yōu)化方案在曲軸回轉(zhuǎn)中心的右下方，這樣有利于機(jī)油泵的進(jìn)行降低機(jī)油流阻，提高的機(jī)油泵效率。

圖4

1.3 方案三（case3）：即為方案一+方案二

2 可變泵 CFD分析

分別對(duì)以上方案進(jìn)行CFD分析：

分析條件：SAE 5W-30，100℃（機(jī)油中攜帶5%的空氣），機(jī)油密度 799.19kg/m3，運(yùn)動(dòng)粘度 11.0cSt；發(fā)動(dòng)機(jī) 4000rpm時(shí)，泵出壓力為400Kpa，進(jìn)油壓力為0。

下圖為對(duì)當(dāng)前四種方案分別進(jìn)行的 CFD分析，可以看出，原始方案（case0）在機(jī)油泵排油區(qū)域（高壓區(qū)）含氣量增大，該方案分析流量為36.26l/min，；方案一（case1）在進(jìn)油腔向排油腔過(guò)渡區(qū)域，含氣量有所改善，該方案流量為37.07l/min，流量較原始方案提升2.23%，方案二（case2）在進(jìn)油腔向排油腔過(guò)渡區(qū)域的同時(shí)，也改善了出油腔接近出油口位置氣蝕程度，該方案流量為 40.66l/min，流量較原始方案提升12.13%；方案三較方案二進(jìn)一步優(yōu)化，流量為41.16l/min，流量較原始方案提升14.33%。

圖5

圖6

從下表中可以看出，在機(jī)油流量提升的同時(shí)，機(jī)油泵的泵效率會(huì)隨之提升，方案一、二、三分別較原始方案提升1.5%、8.16%、9.64%：

表1

圖7

從圖7為模擬進(jìn)出油壓力流束模擬，該下圖中原始方案case0、方案一case1方案菱形位置， 可以明顯看出存在湍流，湍流指在該區(qū)域機(jī)油形成急而回旋的機(jī)油，該位置對(duì)機(jī)油流量影響較大，從而降低機(jī)油泵的泵效率。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)油氣分離器的壓力損失和速度場(chǎng)CFD計(jì)算，可以得出以下結(jié)論：

3.1 方案三流量為41.16l/min，流量較原始方案提升14.33%，泵效率提升9.64%，為最優(yōu)方案；

3.2 設(shè)計(jì)過(guò)程中，機(jī)油泵進(jìn)出油道，避免出急彎，截流，配流盤必須增加卸荷槽，防止機(jī)油直接碰到平面壁產(chǎn)生機(jī)油回旋，降低泵效率。

[1] 曾凡平,袁文華,龔金科.基于ANSYS的葉片式機(jī)油泵配流盤的有限元分析，邵陽(yáng)學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版).2005(3).

[2] 高家赫,王巖松, 趙禮輝,郭輝, 李金國(guó).《變排量外齒輪泵的內(nèi)流場(chǎng)仿真分析及卸荷槽優(yōu)化.機(jī)械傳動(dòng),Journal of Mechanical Trans-mission,2015年05期.

[3] 白長(zhǎng)安,吳偉蔚,李金國(guó),黃新良.變排量葉片機(jī)油泵 CFD 分析[J].機(jī)床與液壓. 2013 (01).