某發(fā)動機機油泵驅動系統(tǒng)選型試驗分析

王艷芳，焦紅星，馮世杰

（鄭州職業(yè)技術學院 汽車工程系，鄭州 450121）

0 前言

發(fā)動機前端附件系統(tǒng)是汽車上一個重要的機械傳動系統(tǒng)，是通過鏈條將曲軸端輸出的動力傳遞到發(fā)動機相應的附件上，從而保證發(fā)動機的正常運轉，前端附件驅動系統(tǒng)的布置、結構及零部件的選擇將直接影響發(fā)動機性能的優(yōu)劣[1]。

前端附件驅動系統(tǒng)包括正時系統(tǒng)和機油泵驅動系統(tǒng)[2-6]。其中機油泵驅動系統(tǒng)作用是通過鏈條或皮帶將曲軸輸出的力傳遞給機油泵，使機油泵正常工作。若機油泵驅動系統(tǒng)選擇不當，則可能會導致前端附件系統(tǒng)零部件的不正常運行，從而影響發(fā)動機的扭矩、NVH性能等。

某四缸直噴發(fā)動機選了兩種方案的機油泵驅動系統(tǒng)，將這兩種方案分別裝到改裝后的發(fā)動機上來進行發(fā)動機動態(tài)試驗驗證，并對試驗結果進行分析。本文選取了發(fā)動機正常運行時的一些試驗數(shù)據(jù)和發(fā)動機在邊界條件運行時的試驗數(shù)據(jù)進行對比分析，最終確定最優(yōu)方案的機油泵驅動系統(tǒng)來匹配該發(fā)動機[7-9]。文中改裝發(fā)動機的方法和試驗測試方法，對發(fā)動機機油泵驅動系統(tǒng)的設計和驗證評估具有一定的指導意義[2]。

1 試驗裝置及方法

1.1 機油泵系統(tǒng)結構及試驗裝置

機油泵驅動系統(tǒng)由機油泵鏈輪、曲軸鏈輪、機油泵鏈條、張緊器等組成。如圖1所示。機油泵驅動系統(tǒng)選型試驗是在改裝后的4缸增壓直噴發(fā)動機上進行，通過發(fā)動機綜合試驗臺架來對該發(fā)動機的整體性能進行測試。該試驗是通過發(fā)動機在各種工況下運轉，對正時系統(tǒng)和機油泵系統(tǒng)附件的運動狀態(tài)的測試來進行的，最終根據(jù)試驗結果來選取最優(yōu)的機油泵驅動系統(tǒng)的配置。正時系統(tǒng)測試裝置示意圖如圖2所示。

圖1 正時系統(tǒng)測試裝置示意圖

圖2 機油泵驅動系統(tǒng)

1.2 試驗方法

該試驗為發(fā)動機動態(tài)試驗，根據(jù)前期的設計，該機油泵驅動系統(tǒng)選擇兩種布置形式，方案一：扭簧式張緊器+66節(jié)機油泵鏈；方案二：2片機械式張緊器+68節(jié)機油泵鏈。將這兩種方案分別依次裝在改裝后的四缸發(fā)動機上進行臺架試驗驗證，測試正時系統(tǒng)及機油泵驅動系統(tǒng)一些附件的運動狀態(tài)。

正時系統(tǒng)的動態(tài)參數(shù)主要包括進氣凸輪軸與曲軸角度偏差值、排氣凸輪軸與曲軸角度偏差值、進排氣凸輪軸相對角度偏差值、發(fā)動機扭矩、發(fā)動機油壓和液壓式正時張緊器的高壓腔油壓、低壓腔油壓、活塞位移、活塞峰值位移等。機油泵驅動系統(tǒng)的動態(tài)參數(shù)主要包括機械式張緊器的導軌位移、導軌峰值位移等。

本文選取了發(fā)動機在正常工作時的機油溫度（90℃）和較高機油溫度（120℃）時，發(fā)動機負載分別是0%、50%、100%，正時鏈條和機油泵鏈條均采用變形鏈的條件下的試驗結果進行分析，從正時系統(tǒng)和機油泵驅動系統(tǒng)的主要動態(tài)參數(shù)來綜合評述這兩種方案，最終選出最佳方案。

2 試驗結果分析

在發(fā)動機機油溫度為90℃時，正時系統(tǒng)中，兩種方案的動態(tài)試驗結果顯示：正時張緊器高壓腔油壓值均在6 MPa內；張緊器活塞位移值隨著曲軸轉速的提高呈現(xiàn)減小的趨勢，且最大值均在5 mm范圍內；發(fā)動機在不同負載下，進氣凸輪軸相對于曲軸偏轉的角度值均在2.75°以內；排氣凸輪軸相對于曲軸偏轉的角度值隨著曲軸轉速的提高呈現(xiàn)增大趨勢，但最大偏差值在2.75°以內；進排氣凸輪軸相對角度偏差值隨著曲軸轉速的提高無增大趨勢，最大偏差值在0.4°以內。這些偏差值都屬于正常誤差范圍內，對發(fā)動機性能無影響，符合設計要求。

在發(fā)動機機油溫度為90℃時，機油泵驅動系統(tǒng)中，兩種方案的機械式張緊器導軌位移最大值均在4.5 mm范圍內，屬于正常誤差范圍內，方案一的張緊器活塞位移峰值在2.5 mm內，方案二的張緊器活塞位移峰值在1.0 mm內，兩種方案的值都在設計要求的誤差范圍內。

在發(fā)動機機油溫度為120℃時，機油泵驅動系統(tǒng)的張緊器導軌位移峰值：方案一的張緊器導軌位移峰值變化曲線如圖3所示，曲軸轉速從1 000 r/min至4 500 r/min時，張緊器導軌位移峰值在2.25 mm以內，曲軸轉速從4 500r/min到5 500 r/min時，導軌位移峰值較高，最高達到4.5 mm，超出正常的誤差范圍。方案二的張緊器導軌位移峰值變化曲線如圖4所示，張緊器導軌位移峰值的大小隨曲軸轉速的增加而呈現(xiàn)增大的趨勢，在曲軸轉速為3 000 r/min之前，峰值很?。辉谇S轉速為5 000 r/min左右時，峰值最大，最大值約為2.5 mm；曲軸轉速為其他值時，張緊器導軌位移峰值略小，均在2.25 mm范圍之內。

圖3 方案一張緊器導軌位移峰值曲線圖

圖4 方案二張緊器導軌位移峰值曲線圖

圖3 、圖4的圖形說明

綜上所述，在機油溫度為90℃及以下時，兩種設計方案的機油泵驅動系統(tǒng)的試驗結果顯示都符合發(fā)動機動態(tài)試驗要求；在機油溫度為120℃時，方案一的配置方式不符合發(fā)動機的設計要求。

3 結束語

本試驗實測了發(fā)動機前端附件系統(tǒng)的動態(tài)特性，將經過改裝的發(fā)動機裝在測試試驗臺架上，使發(fā)動機在不同工況下運轉，分別測試各種狀態(tài)下的正時系統(tǒng)和機油泵驅動系統(tǒng)的動態(tài)參數(shù)。

本文選取了發(fā)動機負載分別為0%、50%、100%三種狀況下，兩種不同機油溫度的正時系統(tǒng)和機油泵驅動系統(tǒng)附件的主要動態(tài)參數(shù)值進行分析。結果表明：

（1）正時系統(tǒng)

兩種配置中，正時張緊器高壓腔和低壓腔性能顯示良好，高壓腔油壓最大值達到7 MPa左右，低壓腔油壓最大值在1.5MPa以內，這些值都在正常誤差范圍內；在正時鏈條和機油泵鏈條都使用變形鏈時，正時張緊器柱塞位移峰值最大是2.2 mm；正時張緊器柱塞移動量都在正常的范圍內；進氣凸輪軸與曲軸角度偏差值，排氣凸輪軸與曲軸角度偏差值，進氣凸輪軸與排氣凸輪軸角度偏差值都很小，在合理 的設計范圍內。

（2）機油泵驅動系統(tǒng)

方案一（即扭簧式張緊器和66節(jié)機油泵鏈條）在安裝到發(fā)動機上時，機油泵張緊器導軌與油底殼間隙太小，使得導軌運動受阻且方案一的布置產生了一種新的共振頻率（≈520 Hz），這導致張緊器導軌位移增加5 mm，在機油溫度較高時（120℃），張緊器導軌最大位移峰值達到4.5 mm，不符合設計要求；方案二（即2片式張緊器和68節(jié)機油泵鏈條）的布置是很合適的，沒有出現(xiàn)機油泵鏈條和鏈輪的動態(tài)問題，在機油溫度較高時（120℃），張緊器導軌最大位移峰值是2.5 mm，大多數(shù)情況下，位移峰值低于2.25 mm，符合發(fā)動機設計要求。

綜上所述，對于前端附件的運動狀態(tài)來講，機油泵驅動系統(tǒng)的改變對正時系統(tǒng)幾乎沒有影響，但對機油泵驅動系統(tǒng)的裝配和振動都略有影響。因此，對于這臺4缸增壓直噴發(fā)動機來講，選用2片式機械張緊器和68節(jié)鏈條這種方案的機油泵驅動系統(tǒng)是最佳的選擇。