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原文传递乘用车电动润滑系统动态响应特性实验研究

论文题名：	乘用车电动润滑系统动态响应特性实验研究
关键词：	乘用车;电动润滑系统;动态响应特性
摘要：	发动机润滑系统的作用是为发动机提供润滑，保障发动机可靠工作的同时减少发动机的摩擦功率损耗。机油泵则是发动机润滑系统的关键动力源部件，那么研究润滑系统的节能潜力就应当以机油泵为切入点，对发动机润滑系统中机油泵节能潜力的研究一直是发动机节能减排的研究重点。发动机润滑系统节能潜力问题的本质就是机油泵供给润滑油量与发动机需求量的供需配给问题。由于传统机油泵动力来源于发动机曲轴，其传动比恒定，发动机低转速工况时，机油泵所能供给的润滑油量很低，所以在设计一款发动机润滑系统时应当首先保证发动机低转速工况时润滑油供给充足。在发动机转速升高以后，发动机机油泵的功率则往往处于过剩状态，大量的机械功被润滑系统所消耗。研究可变排量机油泵和开发新型电动机油泵实时为发动机润滑需求匹配，充分发掘发动机润滑系统的节能潜力，是行之有效的技术手段。　　本文计算了满足发动机润滑需求的最低润滑油供给量，为后续发动机润滑需求匹配提供了计算依据，针对市场上一款A级乘用车汽油机润滑系统为研究对象，搭建实验平台，设计了发动机稳态工况实验和比例阀输出特性试验。通过这一系列试验，采集到了油泵转速、扭矩、润滑油输出压力和流量等特性参数数据，并依据发动机循环工况提出了发动机加速工况试验，探究加速工况下电动润滑系统的输出响应特性，进一步地进行了电动机油泵变速比转速控制实验，探究在不同速比的控制策略下，电动润滑系统的输出响应特性变化规律，最后建立硬件在环的车用发动机润滑系统动态试验系统。在WLTC驾驶循环基础上，开展一阶和二阶变排量控制策略对润滑系统与机油泵动态匹配影响试验研究，充分发掘发动机的润滑系统节能潜力。具体研究内容包括：　　（1）根据发动机不同零部件的润滑需求，计算发动机在不同转速工况下的润滑压力和润滑流量需求，具体分析总结了发动机怠速工况、液压挺柱、可变相位调节器、活塞冷却喷嘴和额定工况下的润滑油压力需求，并通过拟合数据的手段获得了发动机压力需求随转速变化关系。通过分步计算发动机凸轮轴和曲轴的轴向和端面流量需求，获得了发动机的流量需求随转速变化关系。　　（2）基于本文目的，设计发动机稳态和比例阀输出特性试验。发动机稳态工况实验采用由变频器控制的三相电动机模拟发动机在不同转速的稳态工况，采集机油泵在不同转速工况下稳态输出特性试验数据。比例阀输出特性试验，依据在发动机稳态工况实验的基础上，根据电磁比例阀阀芯的开合控制润滑油回路压力和流量，模拟发动机的需求，采集压力、流量等实验数据，为后续比例阀控制润滑油回路压力和流量模拟发动机需求提供依据。　　（3）设计电动机油泵加速实验，采集发动机在20、25、30、35和40rad/s2的角加速度下的加速润滑匹配实验数据，分析在发动机加速工况下，润滑油压力和流量的滞后特性，并计算加速工况下的润滑油压力和流量安全裕度。同时设计电动机油泵的变速比控制方案，通过不同幂函数拟合方法控制机油泵转速，探究发动机变转速下的压力流量变化规律，计算变工况下的节能潜力。通过函数拟合获得的变数比加速方案三和四，机油泵工作效率更高，相比于传统线性上升的转速控制方案在润滑油温度为100℃，发动机角加速度为40rad/s2时的加速工况中分别可以节省5.5%和9.8%的机油泵能耗。　　（4）在以往研究的基础之上，根据发动机不同工况的润滑压力和流量需求，针对乘用车发动机瞬态工况条件下润滑系统与机油泵动态匹配问题，建立硬件在环的车用发动机润滑系统动态试验系统。在WLTC驾驶循环基础上开展一阶和二阶变排量两种控制策略对润滑系统与机油泵动态匹配影响试验研究。分析不同控制策略机油泵的润滑性能、工作效率和能耗水平，计算不同控制策略机油泵在整个循环工况中的节能比例，实验数据显示一阶和二阶变排量两种控制策略分别可以减少30.8%和45.2%的机油泵能耗，换算下来可以在整个循环工况中分别节省0.66%和0.98%的发动机驱动功率损失。
作者：	陆文舒
专业：	机械工程
导师：	刘忠民;高建成
授予学位：	硕士
授予学位单位：	杭州电子科技大学
学位年度：	2021