機油盤總成優化設計

郭文月，蒙亦光，周 全，曾科勛

（柳州五菱柳機動力有限公司，廣西 柳州545005）

機油盤總成包括機油盤本體與放油螺栓[1]，裝配于發動機曲軸箱下部，主要功用為封閉曲軸箱并與之組成儲油槽，防止混入雜質，并收集和儲存由汽油機各潤滑部件回流的潤滑油，散去部分熱量，防止潤滑油氧化。

目前機油盤本體內腔存在設計過多的縱橫交錯的加強筋形成部分封閉區域以致部分油液無法流出與底部放油孔設計過高以致油液無法排凈的問題，進而導致混合油液油品下降，最終影響發動機零部件潤滑效果，零件使用壽命縮短。故需對機油盤總成進行結構優化。

1 發動機及機油盤總成現狀

此型發動機是由柳州五菱柳機動力有限公司自主研發的首款渦輪增壓直噴發動機。它具有結構緊湊、功率大、油耗低、轉速高、噪音小、排放達到國ⅥB排放標準等特點，可廣泛應用于MPV、SUV及轎車市場。

匹配該型發動機的機油盤本體采用鋁合金材質并通過高壓鑄造成型[2]，前期內部腔體設計（如圖1）存在過多縱橫交錯的加強筋，目的在于增加機油盤強度以及剛度、降低發動機噪音。但加強筋的過多交叉營造出較多封閉區域，以致后期更換油液形成阻礙，最終導致無法排凈。此外，雖然機油盤的底面設計為與水平面夾角傾斜10°，但放油孔設計與內腔底面平行，同時放油孔下邊沿與內腔底部有高度差（如圖2），最終導致油液無法完全釋放。

圖1 俯視圖

圖2 局部視圖

2 設計方案及優化

2.1 機油盤本體結構優化

鑒于前期設計的機油盤本體主要缺陷為未全面考量潤滑油排放問題，進而出現混合油液油品不良，最終導致發動機潤滑效果差，縮短零件使用壽命，故將上述兩個部位進行重新設計并進行模態分析驗證。

2.1.1 機油盤本體內腔加強筋重新設計方案

（1）機油盤本體內腔新型加強筋結構設計采用單線、矮型方案（如圖3）。首先，為保證內腔本體的強度、剛性，必須采用加強筋結構。其次，內腔分布若干圓柱狀凸起，其頂面有擋油板安裝螺栓孔，故該加強筋需連接該凸起。最后，單線、矮型結構，不會形成交叉網狀，油液流通順暢、無障礙；同時加強筋大端厚度會減小，降低縮松、氣孔的風險。采用該結構的后續工作優勢還有，內腔數模簡化，相應模具設計簡化，減少人力成本，降低零件單價等。

（2）機油盤底部增加橫向貫穿式加強筋設計方案。首先，簡化內腔加強筋機油盤本體的強度一定會相應下降；此外，在不涉及機油盤本體外形更改的前提下，底部增加貫穿式加強筋是最優質的選擇。該設計狀態，后續模態分析中驗證成功，符合設計要求。

圖3 俯視圖

圖4 仰視圖

2.1.2 機油盤本體放油孔重新設計方案

機油盤本體放油孔新型設計采用最低傾斜導流式設計方案。首先，該孔采用與機油盤本體內腔底面水平傾斜10°設計，此設計方便放油螺栓擰松的同時油液便依靠自由重力外流，流速快，便于快速排出；此外，該孔放置于機油盤內腔的最低平面，消除高度差，解決油液無法排凈的難題。

圖5 放油孔剖視圖

3 模態分析驗證

3.1 CAE軟件使用及模型化簡述

通過UG完成三維數模優化，使用SimLab前處理軟件進行網格劃分，網格類型均為C3D10M，網格尺寸為3 mm。使用Abaqus有限元分析軟件進行求解及后處理。

3.2 邊界條件簡述

（1）邊界約束：固定約束機油盤本體頂面、端面的6個自由度。

（2）藍色質心點為壓縮機，橘黃色區域為兩個壓縮機懸掛點與壓縮機建立剛性單元Rbe2點，完成綁定連接。

圖6 邊界約束圖

3.3 模型與材料物理性能輸入

由于僅做有限元模態分析，只需要賦予材料的物理性能即可。從材料庫中選擇好材料（見表1），并修改好材料的具體物理性能參數，將其材料物理性能賦予機油盤本體。

表1 材料物理性能表

3.4 模態分析結果與簡述

（1）機油盤本體一階固有頻率為302.42 Hz（如圖7所示）。

圖7 固有頻率圖

（2）機油盤本體一階振型、一階應變能（如圖8、9所示）。

圖8 一階振型圖

圖9 一階應變能圖

（3）機油盤本體二階振型、二階應變能（如圖10、11所示）

圖10 二階振型圖

圖11 二階應變能

（4）機油盤本體三階振型、三階應變能（如圖12、13所示）

圖12 三階振型圖

圖13 三階應變能

3.5 模態分析結果簡述

機油盤本體固有頻率一階數值最小，只需考量一階固有頻率與發動機激振頻率比較即可。優化后機油盤本體一階固有頻率為 302.42 Hz，發動機6 000 r/min激振頻率為200 Hz，預設設計安全系數為1.2～1.4，故優化后的機油盤固有頻率滿足設計要求。此外，與發動機激振頻率最接近的一階應變能，無明顯位移與變形，符合設計需求。綜合考量，優化后的機油盤油液釋放的便捷性，優化后的設計滿足要求。

4 結論

該發動機機油盤總成，通過對機油盤本體的結構優化，即簡化內腔加強筋，外部增加貫穿式加強筋，保證了本體的強度與剛度并消除了內腔形成封閉區域阻隔油液排凈的風險；設計最低傾斜導流式放油孔，解決油孔位置過高，導致部分油液無法排完的風險。整體結構簡約，無明顯外形結構變更，滿足設計要求。