VCT发动机润滑系统的改进设计与试验研究

ＶＴ Ｃ 发动机润滑 系统 的改进设计与试验研究
殷海庭
（ 海 汽车集 团股份 有 限公 司，上海 ２ １０ ） 上 ０８４ 摘要 介 绍 了在 现 有发 动机 基 础 上 开发 机 油 液 压控 制 Ｖ ＣＴ （ ｒｂｅＣ ｍｓａｓ ｉ ｎ ） 系 Ｖａａｌ ａ ｈｆ ｍｉｇ ｉ ｔＴ
ｂ ｓｄ ｏ ｔ ｂ ｓ ｎ ｉｅ Ｖ ｒ ｕ ｍ ｒｖｍ ｎ ｅｔ ａｅ ｄ ｎ ｔｔｅｅｒ ｔｇ ｆｔｅ Ｖ Ｔ ｅ ｇ ｅ ａｅ ｎ ｉ ａｅ ｅｇｎ ． ａ ｏ ｓｉ ｐｏｅ ｅ ｔｔ ｓ ｒ ｏ ｅ ａ ｈ ａｌ ｓ ｅ ｏ ｈ Ｃ ｎ ｎ ｓ ｉ ｓ ｙ ａ ｉ
发动机 转 （Ⅱｉ） ｒ１ ／ ｎ
图 ７原机 油泵 与加厚 ２ＩＴ 机 油 泵的机 油压 力 曲线 ＵＩ Ｔ
５０ ０
发动机转：／ ／ ｉ） ￣ （ ｍ ｎ ｇｒ ．
图 ５ 机 油粘度 对机 油压 力的影 响
４０ ０
３２ 提 高机 油泵流 量 ． 对 于提 高机 油泵 性 能 ，有 增 厚 ２ｍ 和 ０５ｍ ｍ ． ｍ
Ｙｉ ｉｎ ｎ Ｈａｔ ｇ ｉ
பைடு நூலகம்
（Ａ ＣＭｏ ｒ ｏｐ ｒｔ ｎＬｍ ｔｄ Ｓ ａｇ ａ ２ ０ ， ｈｎ ） Ｓ Ｉ ｔ ｒｏａ ｏ ｉ ｉ ， ｈ ｎ ｈｉ ０ ４ Ｃ ｉａ ｏＣ ｉ ｅ １ ８
Ａｂ ｔ ｃ： ｈ ｎ ｉｅｗ ｔ ｏ ｒｕｉ ｃｎｒｌ ｄＶ Ｔ（ａｉ ｌ Ｃ ｍｓａ ｓＴｍ ｎ ） ｓｄ ｖｌ ｅ ｓｒ ｔ Ｔ ｅｅ ｇｎ ｉ ｉ ｈ ｄａ ｌ ｏ ｔ ｌ Ｃ Ｖ ｒ ｂｅ ａ ｈｆ ｉ ｉｇ ｉ ｅｅｏ ｄ ａ ｈ ｌ ｙ ｃ ｏｅ ａ ｔ ｐ
结果 。在 １０Ｃ以上 的高 速段 区机 油 的压力 得 到 了 ０￣
５ ００
明显的提高 ，但仍然不能达到系统 的需求 ，结果如
图 ５所 示 。
４０ ０
萋０ ３ ０
萎 ２０ ０
日
里
震
１０ ０
暴
０ １０ ０ ０ ２０ ０ ０ ３０ ０ ０ ４０ ０ ０ ５０ ０ ０ ６０ ０ ０
ｏｌ ｅ ａ ｄｏ ｅｅ ｇ ｅｌｂ ｃｔ ｎ ｔｅｍ ｖ ｇ ａ ｓ ｆｈ ｙ ｎ ｅ ｅｄｉ ｐ ｒｃｌｒ Ａ ｇｏ ａｉ ｆｒ ｉｄ ｍ ｎ ｆｈ ｎ ｎ ｒ ａｉ ，ｈ ｏｉ ｒ ｅｃｌ ｄ ｒ ａ ａｔ ｕａ ． ｏｄｂ ｓ ｔ ｉ ｕｉ ｏ ｎ ｐ ｔｏｔ ｉ ｈ ｎ ｉ ｓ ｏ
压力明显下降，造成 了机油供应量的不足。 ２２ 改 进方 案 ． 依 据 预计 对 缸 盖 和 Ｖ Ｔ机构 的机 油 供 应 矛 盾 Ｃ
的改善 和实现 的代价 ，做 出的机 油供 应 的改 进和 匹 配 方案 如下 ：
（） 更换 机油 牌 号 ，由原设 计 的 ５ ０更 换 为 １ Ｗ３
图 中可见 ，机 油温 度 从 １０Ｃ 至 １０Ｃ时 ，机 油 ０ ＂增 ３￣
低 。通过系统的检查和分析 ，表明是由于供应给缸 盖系统 的机油在高温条件下不能满足需要。这说明 原 型设计 的发动机机油供 应及分配不能满足 Ｖ Ｔ Ｃ 发动机 的工作需要 ，尽快进行发动机机油供应的重 新 匹配 成 了项 目的重要 目标 。 根据以上方案分别进行分析与试验 ，其中包括 单项试验及多项试验在一起进行 。图 ３ 是更改为
ｄ ｖ ｌｐｍｅ ｔ ｗｈｃ ｒ ｖｄ ｓａ ｐｔ ｌｓ ｌｔｏ ｏ ｔ ｏ ｆｉｔｏ ｉ ｓ ｐ ｌ ｏ ｅＶＣＴ ｙ ｔ ｍ ｎ ｅ ｅ ｅｏ ｎ ， ｉｈ ｐ ｏ ｉ ｅ ｎ ｏ ｉ ｏｕ ｉ ｎ ｔ ｃ ｎ ｃ ｆ ｈｅｏｌ ｕ ｐ ｙ ｆｒｔ ｍａ ｈｅ ｌ ｔ ｈ ｓ ｓｅ ａ ｄ ｔ ｈ
ｔ ｅ ＶＣ ｎ ｉ ｅ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｓ ｆ ｒ ｄ ｔ ｒ ｕ ｈ ａ ｓ ｒ ｓ ｏ ａｉ ａ ｉｎ ｔ ｓ ，ａ ｄ ｖ ｌ ａ ｌ ａ ａ ａ ｅ ａ ｓ ｈ Ｔ ｅ ｇ ｎ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｉ ｏ ｍｅ ｏ ｇ ｅ ｅ ｆｖ ｌ ｔ ｅ ｔ ｎ ａｕ ｂ ｅ ｄ ｔ ｙ ｌｏ ｈ ｉ ｄ ｏ ｓ ａ ｃ ｍｕ ａｅ ． ｈ ｓ ｅ ａｌｕ ｅｕ ｒｔ ｅ ｌｔ ｒｓａ ｅ ｆ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｄ ｖ ｌ ａｉｎ Ｔ ｉ ｐ ｏ ｅ ｓｃ ｎ ａ ｓ ｃ ｕ ｌｔ ｄ Ｔ ｅ ｅ ａ ｌ ｓ ｆ ｌ ａｅ ｔｇ ｓ ｏ ｖ ｌ ｐ ｎ ａ ｉ ｔ ． ｈ ｓ ｒ ｃ ｓ ａ ｌｏ ｒ ｏ ｆ ｈ ｄ ｎ ａ ｄ ｏ
１ 引 言
气 门是 由发动机 的 曲轴通 过 凸轮轴驱 动 的 ，气
能 源与环 境 问题 是 目前 汽车工 业所 面临 的 ２ 个
主要问题 ，为 了在提高汽油机燃油经济性和动力性 的同时 ，还要满足越来越严格的排放法规要求。从 ２ 世纪 ７ 年代开始 ，汽油机燃 油电喷技术逐步发 Ｏ ０ 展起 来 ，至今 已形 成 了以进气 管多 点顺序 喷 射为代 表 的较 为成熟 的汽 油机燃 油控 制技 术 。与 燃油 控制
来稿 日期 ： ０ ２ ０ — ４ ２ １ — ５ １ 作 者简 介 ： 海 庭 （ ９ ８ ， ， 程 师 ， 要 研 究 方 向 为动 力 总成 分 析 试验 。 殷 １７ 一） 男 工 主
润滑 不足 而造成 的磨 痕 ，同时发 动机 台架监 控数 据 也 表 明 ，在 故 障发 生 时 供 应 挺 柱 的机 油 压 力 非 常
统 ，发 动机 在 开发 前期 通 过 对各 个 改进 方案 的试 验验 证 ，最终 为 ＶＣ Ｔ机 构 的机 油供 应 与发 动 机 润 滑需 求 （ 别是缸 盖运动件 ） 的 矛盾 解决提供 了最优 匹配方 案 。通过 系列 试验 的验证 为该发 动 特 机提供 了良好 的更 改依 据 ，并 积 累 了宝贵的数 据 ，为后 期 开发 和验 证 定型奠 定 了基 础 。这 一过 程
５ ０ Ｗ４ ，即采 用 高 黏 度 机油 ，以提 高高 温 时 能 供 应 到缸盖 部分 的机油压 力 。 （） 改进机 油泵 性能 ，增加 机油 流量 ，提 高供 ２ 给 发动机 的机 油量 。共 有 ２个设 计方 案 ，分 别将 机
至
油 泵 （ 究试 验 时机 油泵 外 置） 加厚 ２ｍ 和加 厚 研 ｍ
Ｃ ｍ ｈ ｔＴｍｉｇ 技 术 可 以通 过 控 制 器 调 节 凸 轮 ａ ｓａ ｓ ｉ ｎ） ｆ
了一系列基于凸轮轴 的可变气门机构，并且应用于 车用发 动 机 ，其 中可变 凸轮轴 相位机 构应 用最 广［ １ ｌ 。
轴 ，从而调节气 门开闭 ，满足不 同的工况需求 ，达 到增加功率 、减少油耗 ，改善排放的 目的。采用可
技术 相 比，早 期 的配气控 制技 术研 究进 展得 比较 缓 慢 ，主要 成果 是在 １８ 以后 取得 的。２ 纪 ９ ９５年 Ｏ世 ０ 年代 ， 国外对 可变气 门技 术 的研 究成 为热 点 ， 开发 出
门的配气正时取决于凸轮轴的转角。在普通发动机 上 ，进气门和排气门的开闭时间是固定不变的。这 种 固定不 变 的正时很 难兼 顾到 发动机 不 同转 速下 的 工况需求 ，可变气 门正时就 是解决 这一矛盾的技 术 。在发 动机 高速运 转 时 ，需要 较 大 的气 门叠开 角 来达到充气充分 的目的 ；而在发动机低速及部分负 荷工况时，气门叠开角应该相应变小 ，达到改善性 能 、降 低 排 放 的 目 的 【３ 而 Ｖ Ｔ （ ａ ａｌ ２１ ，。 Ｃ Ｖ ｒｂ ｉ ｅ
间隙的机油 回油 ，提高缸盖其他部分 的机油供应 。
时间／ ｍｓ
图 ２ 原机 与 ＶＣ Ｔ发动 机 的性能 对 比
ＶＣ Ｔ发 动 机 的原 始 设 计 取 得 的 机 油 压 力 曲线 ，并
在机油温度为 １０ 时发生了气门脱落事件 ，共采 ３￣ Ｃ 集 了机油温度在 １０Ｃ ０ ￣ 以上时凸轮轴轴承处的机油 压力 ，作 为各个设 计方 案所 得结果 的比较基 础 。从
０． ｌ ｑ ５ｒ ｎ ｏ ｌ
（）逐步增大缸盖油道 限油槽 ，分别是增 大 ３ ５ ％及 去 除 限油 槽 ，通 过试 验 检 查 其对 Ｖ Ｔ装 置 ０ Ｃ 及缸盖主油道的机油供应 的影响。限油槽是在由原
型机 改 进设 计 到 Ｖ Ｔ发动 机 过 程 中特 意 在 缸 盖 主 Ｃ
言
油道 上设 计 的 ，以保 证 Ｖ Ｔ装 置机 油 供 应 的机 油 Ｃ 分 配装 置 ，示 意 图参 见 图 ４ 。 （）减 小 凸轮轴轴 承 间隙 ，从 而减 少通 过轴 承 ４
柴油机 设计 与制 造
Ｄ ｓｎ＆Ｍａｕ ｃ ｒ ｏ Ｄ ｅ ｌ ｎ ｎ ｅｇ ｉ ｎｆ ｔ ｅ ｆ ｉ ｅＥ ￣ ｅ ａｕ ｓ
ｄｉ１．９９ ．ｓ ． ７ － ６ ４２ １．３ ０ ｏ：０３ ６ ６ｉ ｎ１ １０ １．０２０ ． ８ ｓ ６ ０
２ １ 年第 ３ 第 １ 卷（ ０２ 期 ８ 总第 １０ ） ４期
３０ ０
两种设计方案 。增厚 ２ｍ ｍ的方案 由于机体 中没有
足 够 的安装 空 间 ，所 以采用 了外 置机油 泵 ，通 过油 管 连 接 到机 体 ；而对 加 厚 ０５ｍ 的方 案 ，机 油 泵 ． ｍ
墨 ２０ ０
１０ ０
外形无任何改变 ，可以在原机体上直接使用。这 ２
种 方 案 的试 验结 果 如 图 ６ ～图 ８所 示 ，可 见机 油泵 加 厚 ２ｍｍ对 提高 机 油压 力 的效果 更 好 一些 。但 与 ０５Ｉｌ ． ／ｎ的方 案 相 比 ，２ｍｍ 的方 案 需 要 更 改 缸 体 ， ｌ
也 可 以为其他机 型 引入 ＶＣ 系统而 匹配机 油的供 应提供 参 考和 支持 。 Ｔ 关键词 ：润 滑 系统 机 油供应 改进 试 验 验证 Ｖ Ｔ Ｃ
Ｔ ｅＤｅ ｉｎ Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｎ ｓ ｓ ａ ｃ ｏ ｕ ｒｃ ｔ ｎ ｈ ｓｇ ｖ ｌｐ ｎ ｄ Ｔｅ ｔＲｅ ｅ ｒ ｈｆ ｒＬ ｂ ｉａｉ ａ ｏ Ｓ ｓｅ ｏ Ｔ ｇｎ ｙ ｔｍ ｆＶＣ Ｅｎ ｉ ｅ
对机 油的需求 。
翅
３ 改进措施的验证与分析
３１ 采用 高黏度 机油 ．
发动机转￣／ ／ ｉ） （ ｍ ｎ ｒ
图 ３ 采用 Ｖ ＣＴ后 凸轮 轴轴 承 处机 油压力
对于提高机油的黏度等级是最方便和最简单的 方 案 。相 对 于新 的 ５ ０机 油 ，５ ０机 油是 已量 Ｗ３ Ｗ４ 产 的发动 机 的标 准用 油 ，通 过对 比试 验 取得 了好 的
０ ｌ０ ０ ０ ２ ０ ０ ０ ３０ ０ ０ ４ ００ ０ ５０ ０Ｏ ６０ ００
ｐ ｏ ｉ ｅａｒ ｆ ｒ ｎ ｅｔ ｔ ｅ ｐ ｓｏ ｎ ｉ ｓｗｈ ｃ ｌ ｒ ｄ ｃ ｒ ｖ ｄ ｅｅ ｅ ｃ ｏｏ ｈ ｒｔ ｅ ｆ ｇｎｅ ｉ ｈｗｉ ｉ ｏ ｕ ｅＶＣＴ ｙ ｔｍ． ｙ ｅ ｌ ｎｔ ｓ ｓｅ
Ｋｅ ｒ ｓ ｌｂ ｉａｉｎ ｓ ｓｅ ， ｉｓ ｐ ｌ， ｅ ｅｏ ｍ ｅ ｔ ｅ ｔ ａｉａｉｎ ＶＣＴ ｙｗｏ ｄ ：ｕ ｒ ｔ ｙ ｔ ｍ ｏｌ ｕ ｐｙ ｄ ｖ ｌ ｐ ｃ ｏ ｎ ｓ ｌ ｔ ， ｔ ｖ ｄ ｏ
图 ４ 缸盖 机 油分 配示 意 图
减小的 目标仍是与该原型发动机应用相 同的气门 、
柏
气 门导管 、气 门弹簧 、 锁夹 、油封及液压挺柱等系 列气 阀运动机 构 的量产 发动 机 的凸轮轴 间隙 。需 要 为此增大凸轮轴轴颈直径。 （）应用 机械 挺杆代 替 液压挺 柱 ，减 小该 部分 ５