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原文传递集成预润滑式发动机机油泵及润滑系统仿真与试验研究

论文题名：	集成预润滑式发动机机油泵及润滑系统仿真与试验研究
关键词：	汽车发动机;摩擦学性能;润滑系统;预润滑;机油泵;冷启动
摘要：	本文主要针对发动机启动过程中，润滑油不能及时输送到各摩擦副表面，短时间内处在边界摩擦或固体干摩擦润滑状态下产生剧烈磨损的问题，设计气动马达辅助驱动的集成预润滑式机油泵总成作为解决方案，进行机油泵及润滑系统的试验及仿真研究。主要研究工作与结论如下：　　依据集成预润滑式机油泵总成的设计原则，确定关键零部件为摆线泵及叶片式气动马达。基于齿廓曲线参数方程建立摆线泵三维模型，针对摆线泵配流面提出了定性优化意见。根据预润滑工况的需求对气动马达进行选型，并结合机油泵总成三维模型，加工、制造并装配机油泵总成于发动机机体。　　对搭载集成预润滑式机油泵总成的ZS195发动机进行台架试验，所测参数为机油泵转速、主油道油压、润滑系统末端压力建立时间等，研究润滑系统初始条件（贫油、富油）、气动马达进气压力对预润滑过程的影响，并研究有无预润滑过程对发动机冷启动过程的影响，得出以下结论：　　对于预润滑过程：贫油状态下机油泵的启动转速更高，但主油道机油压力升高率低，润滑系统末端压力建立时间明显滞后。气动马达进气压力越高，机油泵的启动峰值转速越高，主油道的压力升高率越高，润滑系统末端压力建立时间越短，主油道机油压力的下限值越高。但是，过高的进气压力并不会明显提升预润滑效果，反而会导致气流的损失增加。　　对于冷启动过程：无预润滑过程时，主油道油压达到标定值的时间滞后7~8s，可能导致摩擦副发生干摩擦而磨损。有预润滑过程冷启动的短时间内，气动马达应继续保持进气，避免边界摩擦的发生。但预润滑过程的存在会使发动机驱动机油泵的额外耗功更多而导致怠速建立的时间会有轻微滞后。　　基于PumpLinx分析摆线泵的流量特性及启动过程中的自吸性能，结果表明：机油泵出口压力的升高会增大泄漏，降低容积效率，而出口压力一定时，过高的转速会加剧空化效应，使容积效率略微降低。机油温度的升高会缩短启动时吸油过程时间，且0?40℃的温度区间内影响明显。启动转速的提高可以缩短吸油过程时间，且转速一定时，润滑油在吸油过程中的上升速度逐渐变慢。这表明发动机冷启动时，润滑油温度过低或吸油过程的垂直距离过高均可能会导致机油泵泵油失败。　　基于AMESim建立机油泵及润滑系统的仿真模型进行配流面的优化及轴承最小油膜厚度的分析，结果表明：针对配流面优化后使给定单一齿腔与进排油流域的重叠面积有所提高，转速1000r/min、2000r/min的容积效率分别提高2.4%、4.2%，流量脉动率降低11.4%、23%。进油迟闭角Δβ=5°的增设小幅度提升了容积效率，并使转速1000r/min、2000r/min的流量脉动率降低2.1%、5%，说明进油迟闭角Δβ=5°的增设有利于更好地利用油液惯性来进一步提高容积效率并降低流量脉动。油温28℃，预润滑油压32kPa，发动机转速400r/min，10%负荷的启动工况下，主轴承最小油膜厚度的最小值为9.3μm，连杆大头轴承的最小油膜厚度的最小值为12μm，均大于许用最小油膜厚度的统计值，说明进气压力为1bar时，预润滑油压可以满足轴承的润滑需求，有效地避免发动机冷启动过程中摩擦副的干摩擦现象。
作者：	张豪
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	朱昌吉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2022