新型汽车发动机电动机油泵的设计

新型汽车发动机电动机油泵的设计

李智

黑龙江釜隆瑞鑫精工科技有限公司，黑龙江哈尔滨  150000

摘要：本文结合传统汽车发动机机油泵的缺点，设计一种新型的电动机油泵，在解决传统机油泵的缺点外，采用电能作为机油泵的驱动能源，减小发动机有效功率的消耗。

关键词：汽车发动机;电动机油泵;节能设计

汽车发动机的机油泵作为发动机润滑系统的动力装置， 其传统驱动方式一般为曲轴直接驱动的摆线内啮合转子泵或 链轮链条驱动的齿轮泵。这种传统的驱动方式不仅难以解决 发动机启动时各摩擦副之间的干摩擦问题，同时也难以满足发 动机在低速高负荷工况下对润滑机油的流量和压力需求。更重 要的是，这种传统的驱动方式需要消耗发动机的功率，从而降低 了发动机有效功率的输出，不利于降低发动机的燃油消耗。本 文所设计的新型汽车发动机机油泵能够有效解决以上问题。

1、电动机油泵的结构原理

电动机油泵的结构一般包括7个部分:控制板以及散热板、由定子与转子组成的电动机、由内外转子组成的油泵、轴、机油道、机油泵壳体以及盖板。
    电动机油泵不同于传统的电动机油泵采用新型的直流电动机驱动，取代了传统汽车发动方式中的间接曲轴驱动。弥补了传统驱动方式中发动机的功率消耗过大，降低了发动机有效功率的输出的缺点。在新型汽车中，电动机油泵可以成为发动机的辅助油泵，它可以专门为摩擦副以及其他部件供油，为摩擦副提供润滑作用，并且为汽车部件提供液压油，节省了发动机主油泵的机油消耗量。
2、新型汽车发动机电动机油泵设计的技术简介
    以智能电子器技术作为高效电动机油泵的设计方法，可以保证新型汽车发动机燃油的最小的输出功率需求。比起传统的直流有刷电动机泵来说，应用了智能电子器技术的机油泵有着更小的体积以及重量、工作效率更加高效。在下文叙述中提到的电动机油泵壳体采用的是注塑壳体材料，比起传统的空心壳体而言有着结构相对简单、装配工艺优良以及电动机效率高的优势。

3、电动机油泵的设计

电动机油泵采用直流电动机驱动，取代传统的直接或间 接的由曲轴驱动，使机油泵不再消耗发动机的有效功率，同时， 根据发动机不同工况对润滑油的需求，可以随时有效地控制 电动机的转速，从而调节机油泵输出润滑油的流量和压力。

为减小电动机油泵的体积，满足不同结构发动机的布置 需要，机油泵由电动机直接驱动，将电动机壳体和电枢轴与 机油泵的壳体和驱动轴有效结合起来，使电动机油泵成为一 个整体总成，其结构如图1所示。

                     图1电动机油泵结构示意图

3.1机油泵的结构

在汽车发动机中，机油泵的功用是保证机油在润滑系统内循环流动，并在发动机任何转速下都能以足够高的压力向润滑部位输送足够数量的机油。机油 泵结构形式可分为齿轮式和转子式两类。齿轮式机油泵虽然具有效率高，功率损失小，工作可靠等优点，但是齿轮泵需 要中间传动机构，占用空间较大，制造成本相应较高。而转 子式机油泵，其内转子固定在机油泵传动轴上，外转子自由 地安装在泵体内，并与内转子啮合转动。内、外转子之间有 一定的偏心距。转子式机油泵具有结构紧凑，供油量大，供 油均匀，噪声小，吸油真空度较高等优点。因此选用转子式 机油泵能更符合电动机油泵的要求。

3.2机油泵的性能参数

为使机油泵能够满足发动机 在不同工况对润滑机油的需求(Ｒicardo推荐发动机润滑系统所需循环机油比流量为40．6～47．5 L/k W·h)，机泵油必须 能够提供足够的机油流量和机油压力。

转子式机油泵的供油量与转子式机油泵的结构和内转子的转速有关。其供油量计算公式为:

Q=FZZ 1 Bnη×10－6 (L/min)(1)

式中，FZ=πZ1 (Ｒe 1 2－Ｒi 1 2 )(mm2)，为一齿工作面积，即内外转子之间所形成的面积的最大值与最小值之差。

所以Q=π(Ｒe 1 2－Ｒi 1 2 )Bnη×10－6 (L/min)

其中，Ｒe 1：内转子齿顶圆半径(mm);Ｒi 1:内转子齿根圆半径(mm);Z1:内转子齿数;B:内转子宽度 (mm);n:内转子转速(r/min);η:机油泵容积效率。

所以，从公式中可以看出，机油泵的供油量不仅与内转子的齿顶圆、齿根圆和宽度有关，还与内转子的转速有关。电动机油泵采用直流电动机控制机油泵的运转，而与发动机曲轴 的转速无直接关系。因此，在满足机油泵供油量不变的前提 下，可以适当提高电动机的转速(即机油泵内转子的转速)，而减小机油泵的体积，使得电动机机油泵的体积进一步减小。

3.3直流电动机的确定

现代汽车大多采用12V低压直 流电源，因此，采用低压直流电动机作为机油泵的动力驱动装置。若要使机油泵发挥其全部性能，满足发动机各工况需求，则直流电动机的输出功率必须与机油泵的消耗功率相匹配。

直流电动机的输出功率NE= N0ηE (k W)

式中，N0=P·Q·10－ 3 (k W)，为机油泵的消耗功率;其中，P为机油泵的输出机油压力，根据伯努利方程:

P= 1 2ρV2×10－3 (k Pa)

其中，V=Q×10－3A(m/s)，为机油泵输出口机油的流速;

所以，直流电机的输出功率为:NE=ρQ32A2ηE (k W)

   其中:ηE—电动机的传动效率;ρ—机油的密度(kg/m3); Q—机油泵的流量(L/min);A—机油泵输出口截面积(m2)。

3.4计算电动机油泵的主要性能参数

根据电动机油泵的理论排量、4500r/min 理论排量以及4500rpm实际排量三个数据，可以计算出电动机油泵的主要性能参数，其准确数据包括:电动机油泵的平均排量在0.00223L/r上;电动机油泵的4500rpm理论流量为10.54L/min ;电动机油泵的容积效率为88.5% ;电动机油泵的4500rpm预估实际流量为9.8。
3.5电动机油泵设计的试验分析以及应用
    在最终的试验结果中，我们可以看出实验结果与设计目标有很大出入。根据实验结果的具体分析，加上定子与转子之间的金属材料存在，导致金属会切割磁场，降低电动机的功率，影响电动机的使用效率。在经过改进之后，这些金属都换成了空心壳体或者是注塑壳体。
    在经过多次实验之后，将其应用到新型汽车的发动机上。电动机油泵可以承担一部分机油流浪，从而达到减小驱动转矩、减少油耗的目标，以智能电子器技术为核心的新型汽车发动机电动机油泵还可以给汽车增压器进行供油，除此之外，还可以对装配有启停技术以及混合动力系统的汽车的变速器进行供油，以维持变速器的标准压力。

4、结语

本文介绍了一种全新设计概念的新型汽车发动机机油泵———电动机油泵，能够有效解决传统机油泵的启动干摩擦和消耗发动机能源问题，同时，通过合理选取动机性能参数可以使得电动机油泵满足发动机在不同工况下对润滑系统的要求。

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