某型1.6升增壓發動機潤滑系統的設計

于德政，安卓，王相凱，張治國，袁海馬

（華晨汽車工程研究院動力總成設計處，遼寧 沈陽 110114）

引言

隨著我國經濟的發展，居民收入的增加，汽車保有量及普及率正快速增長，人們對汽車的動力性要求越來越高。隨著發動機功率、扭矩的增高，必然導致發動機潤滑機油溫度升高，為保證高速相對運動的零部件之間潤滑，減小摩擦阻力，降低功率消耗，需要對運動零部件的摩擦表面持續提供具有一定壓力的、溫度合適的潤滑機油。因此為了保證潤滑機油溫度，需要加裝機油冷卻器。

本文將針對某型1.6升增壓發動機機油冷卻器的設計及匹配過程進行介紹。

1 開發目標

本款1.6升增壓汽油發動機由于功率、扭矩較大，通過加裝機油冷卻器，用以保證潤滑機油的正常溫度，要求在任何工況下，潤滑機油溫度在 120℃左右，短期最高油溫不超過 135℃。同時，為保證各零部件的正常運轉，保證整機潤滑，進排氣VVT需滿足最小供油壓力1.4bar，缸蓋油壓在各個轉速下大于2bar。

2 機油冷卻器的選擇

圖1

為保證機油冷卻器散熱效率，該型發動機采用水冷式機油冷卻器，同時為了降低開發成本，我們選用了一款與現有結構相同的機油冷卻器（見圖1），該型機油冷卻器現廣泛應用于1.5升增壓汽油發動機上。

3 模擬計算

3.1 機油冷卻器散熱量計算

分析發動機功率扭矩，選配合適的機油冷卻器，避免機油冷卻器散熱效率過高或過低，造成潤滑機油油溫過低或過高。

根據經驗，機油冷卻器散熱量約占發動機最大功率點冷卻水散熱總量的10%計算：

Q—機油冷卻器散熱量

Ne—發動機最大功率點

qi—水冷卻比散熱量，一般取1994～2563Kj/Kw。

根據計算所得散熱量，對比現有的 1.5T發動機機油冷卻器的散熱量高出1.4Kw，所以需將1.5T發動機機油冷卻器增加2層油、2層水，用以滿足散熱要求。根據經驗，機油冷卻器層數的增加，能夠有效減小機油壓力損失。制作樣件，并進行單體試驗。

3.2 整機機油壓力計算

根據3D數據及缸壓曲線數據等對整機潤滑系統進行模擬分析，基于幾何結構建立發動機潤滑系統模型如下圖：

圖3 機油溫度90℃時機油泵MAP圖

圖4 機油溫度120℃時機油泵MAP圖

為保證計算結果，輸入樣件單體試驗數據，根據樣件單體試驗，得到機油泵在機油溫度為90℃、120℃時的MAP圖，同時機油泵泄壓閥開啟壓力設置為6.6bar。

輸入相關零部件的機油壓力損失，分別為機油濾清器和機油冷卻器的機油壓力損失MAP圖。

圖5 機油濾清器機油壓力損失MAP圖

圖6 機油冷卻器機油壓力損失MAP圖

整機計算結果顯示，主油道壓力在各個轉速工況下都滿足要求，最大油壓為 5.27bar，缸蓋油壓在各個轉速工況下都滿足要求，最小油壓 2.13＞2bar，進排氣VVT作為整個潤滑系統的末端，最小供油壓力 2.17＞1.4bar，滿足 VVT正常工作機油壓力需求。由于由于一些邊界條件不足，計算可能存在偏差，但基于上述的計算結果分析，潤滑系統基本滿足整機的潤滑需求。

4 整機臺架試驗結果與分析

在仿真分析結果的基礎上，制作樣件，依據《汽油發動機潤滑系統功能性試驗規范》進行試驗驗證工作。試驗共分3個步驟，如下表：

表1

為了準確顯示整機潤滑系統各位置數據，試驗需要壓力傳感器、流量傳感器和溫度傳感器，安裝位置分別是：

油底殼布置溫度傳感器；機油泵機油出油口布置溫度傳感器和壓力傳感器；機油濾清器機油出油口后布置溫度傳感器和壓力傳感器，并通過專用工裝，布置流量傳感器；發動機主油道布置壓力傳感器；增壓器機油進油口布置溫度傳感器和壓力傳感器；進氣VVT機油進油油道布置壓力傳感器；排氣VVT機油進油油道布置溫度傳感器和壓力傳感器；排氣凸輪軸前端機油進油口布置壓力傳感器；機油濾清器機油出油口后布置流量傳感器。

通過對試驗數據的整理發現，整機臺架試驗在出水溫度110℃時，試驗油底殼最高溫度 120.87℃，油冷器與油濾壓損 1.05bar，發動機怠速最低油壓 1bar，額定轉速最低油壓4.29bar，增壓器進油怠速最低油壓 0.89bar，額定轉速最低油壓3.24bar。

由于試驗臺階及傳感器精度的問題，該發動機的潤滑系統功能試驗數據可能略有偏差，但整機潤滑系統各項數據均滿足性能要求。

5 結論

通過對潤滑系統的模擬計算結果和臺架試驗結果對比，兩者結果雖然略有偏差，但無論是模擬計算結果還是試驗結果，均滿足整機性能需求，證明該發動機的潤滑系統設計基本合理。并且通過先模擬計算，后制作樣件進行整機臺架試驗，不僅節省開發費用，還縮短了開發周期，問題能夠及早發現并解決。