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原文传递循环工况条件下乘用车汽油机机械式机油泵的节能潜力研究

论文题名：	循环工况条件下乘用车汽油机机械式机油泵的节能潜力研究
关键词：	乘用车;汽油机;机械式机油泵;节能潜力;循环工况
摘要：	全球经济发展态势正逐步由高能耗发展转向低能耗发展，鼎力发展汽车节能技术已经成为世界各国发展的重点方向之一。在此之际，中国颁布了《节能与新能源汽车技术路线图2.0》，以此确定了中国汽车工业未来15年的发展方向。并且其中也明确表示整车低摩擦技术是实现节能汽车发展战略的重点研究方向之一，而对发动机润滑系统进行优化降低其驱动功率是低摩擦技术的重要组成部分之一，比如采用可变排量机油泵、低粘度润滑油、可变循环润滑油量技术、发动机热管理技术等。　　机油泵为发动机提供润滑油，实现润滑、冷却、液压驱动、压力控制等功能，对发动机动力性能、燃料消耗、可靠性等方面有重要影响。然而，目前的研究大多以稳态工况（转速、油压）下的机油泵性能实验和发动机油耗实验为依据，而对循环工况或者瞬态加速工况条件下机油泵与发动机润滑系统匹配研究较少。发动机性能实验结果影响因素过多，很难准确地反映机油泵设计改进对发动机机械损失功率的影响。稳定工况试验也难以反映机油泵在整车实际工作状况条件下的能量消耗。因此，基于以上问题，本文以乘用车汽油机内转子式机油泵为研究对象，深入研究在循环工况下机油泵与发动机润滑系统的匹配工作状态。本文的研究内容具体如下几个方面：　　（1）详细介绍了乘用车汽油机润滑系统的主要组成部件，比如主轴承、润滑管路、机油滤清器、机油集滤器等，并且建立了它们的数学模型。　　（2）搭建了机油泵综合性能试验系统，该系统可以精确测量机油泵的转速、扭矩、供油流量、压力、润滑油密度等参数。紧接着选取了NEDC循环工况（New European Driving Cycle）和WLTC循环工况（World Light-duty Vehicle Test Cycle）作为试验工况。其次由NEDC循环工况衍生设计出了斜坡加速试验工况和加减速试验工况。同时，计算得出发动机润滑压力与流量要求，并且还提出了一种机油泵与发动机润滑系统的匹配工作状态的计算方法。最后，以这些试验工况作为为机油泵的运行工况，对相应机油泵进行了台架试验。　　（3）研究了乘用车发动机机油泵与润滑系统在循环工况试验条件的匹配设计问题，根据发动机润滑压力与流量设计要求，提出了基于循环工况条件下的发动机加速过程润滑压力与流量安全余量要求，同时以安全余量为基准评价机油泵节能区域与潜力。研究结果表明，与NEDC循环工况条件下的测试结果相比，WLTC循环工况条件下的发动机加速更加频繁，对润滑安全余量要求更高；在额定扭矩至额定功率转速范围内，发动机润滑需求增加速度低于机油泵供油量增加速度，是最有节能潜力区域；循环工况条件和润滑油温度条件对机油泵驱动功率具有重要影响；在WLTC高速循环工况、润滑油温度100℃条件下，机油泵具有5.8%节能潜力。　　（4）重点分析了发动机润滑系统在瞬态加速试验工况条件下的响应特性问题，并且评价了变排量润滑油泵控制策略对发动机润滑系统动态匹配状态和驱动能量消耗的影响。研究结果表明，研究结果表明，在瞬态加速条件下，润滑流量响应迟滞时间明显慢于润滑压力的响应迟滞时间，润滑流量的迟滞特性更严重；随着发动机角加速度增大和润滑油温度地逐渐提高，润滑流量和压力响应迟滞时间呈线性降低趋势；在润滑油温度100℃、发动机角加速度40rad/s2的瞬态加速条件下，机油泵泄压功率损失巨大，甚至大于输出液压功率；与传统定排量控制策略相比，一阶与二阶变排量压力控制策略分别能降低机械驱动功30.8%和40.0%；变排量压力控制点可进一步选取VVT工作压力和活塞喷射压力要求，以满足发动机润滑压力非线性匹配要求。
作者：	步晨嘉
专业：	机械工程
导师：	刘忠民
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