王艷芳，焦紅星，馮世杰

（鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，鄭州 450121）

0 前言

發(fā)動機(jī)前端附件系統(tǒng)是汽車上一個重要的機(jī)械傳動系統(tǒng)，是通過鏈條將曲軸端輸出的動力傳遞到發(fā)動機(jī)相應(yīng)的附件上，從而保證發(fā)動機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，前端附件驅(qū)動系統(tǒng)的布置、結(jié)構(gòu)及零部件的選擇將直接影響發(fā)動機(jī)性能的優(yōu)劣[1]。

前端附件驅(qū)動系統(tǒng)包括正時系統(tǒng)和機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)[2-6]。其中機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)作用是通過鏈條或皮帶將曲軸輸出的力傳遞給機(jī)油泵，使機(jī)油泵正常工作。若機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)選擇不當(dāng)，則可能會導(dǎo)致前端附件系統(tǒng)零部件的不正常運(yùn)行，從而影響發(fā)動機(jī)的扭矩、NVH性能等。

某四缸直噴發(fā)動機(jī)選了兩種方案的機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)，將這兩種方案分別裝到改裝后的發(fā)動機(jī)上來進(jìn)行發(fā)動機(jī)動態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證，并對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。本文選取了發(fā)動機(jī)正常運(yùn)行時的一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)和發(fā)動機(jī)在邊界條件運(yùn)行時的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，最終確定最優(yōu)方案的機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)來匹配該發(fā)動機(jī)[7-9]。文中改裝發(fā)動機(jī)的方法和試驗(yàn)測試方法，對發(fā)動機(jī)機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證評估具有一定的指導(dǎo)意義[2]。

1 試驗(yàn)裝置及方法

1.1 機(jī)油泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)裝置

機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)由機(jī)油泵鏈輪、曲軸鏈輪、機(jī)油泵鏈條、張緊器等組成。如圖1所示。機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)選型試驗(yàn)是在改裝后的4缸增壓直噴發(fā)動機(jī)上進(jìn)行，通過發(fā)動機(jī)綜合試驗(yàn)臺架來對該發(fā)動機(jī)的整體性能進(jìn)行測試。該試驗(yàn)是通過發(fā)動機(jī)在各種工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，對正時系統(tǒng)和機(jī)油泵系統(tǒng)附件的運(yùn)動狀態(tài)的測試來進(jìn)行的，最終根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來選取最優(yōu)的機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)的配置。正時系統(tǒng)測試裝置示意圖如圖2所示。

圖1 正時系統(tǒng)測試裝置示意圖

圖2 機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)

1.2 試驗(yàn)方法

該試驗(yàn)為發(fā)動機(jī)動態(tài)試驗(yàn)，根據(jù)前期的設(shè)計(jì)，該機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)選擇兩種布置形式，方案一：扭簧式張緊器+66節(jié)機(jī)油泵鏈；方案二：2片機(jī)械式張緊器+68節(jié)機(jī)油泵鏈。將這兩種方案分別依次裝在改裝后的四缸發(fā)動機(jī)上進(jìn)行臺架試驗(yàn)驗(yàn)證，測試正時系統(tǒng)及機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)一些附件的運(yùn)動狀態(tài)。

正時系統(tǒng)的動態(tài)參數(shù)主要包括進(jìn)氣凸輪軸與曲軸角度偏差值、排氣凸輪軸與曲軸角度偏差值、進(jìn)排氣凸輪軸相對角度偏差值、發(fā)動機(jī)扭矩、發(fā)動機(jī)油壓和液壓式正時張緊器的高壓腔油壓、低壓腔油壓、活塞位移、活塞峰值位移等。機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)參數(shù)主要包括機(jī)械式張緊器的導(dǎo)軌位移、導(dǎo)軌峰值位移等。

本文選取了發(fā)動機(jī)在正常工作時的機(jī)油溫度（90℃）和較高機(jī)油溫度（120℃）時，發(fā)動機(jī)負(fù)載分別是0%、50%、100%，正時鏈條和機(jī)油泵鏈條均采用變形鏈的條件下的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，從正時系統(tǒng)和機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)的主要動態(tài)參數(shù)來綜合評述這兩種方案，最終選出最佳方案。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

在發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度為90℃時，正時系統(tǒng)中，兩種方案的動態(tài)試驗(yàn)結(jié)果顯示：正時張緊器高壓腔油壓值均在6 MPa內(nèi)；張緊器活塞位移值隨著曲軸轉(zhuǎn)速的提高呈現(xiàn)減小的趨勢，且最大值均在5 mm范圍內(nèi)；發(fā)動機(jī)在不同負(fù)載下，進(jìn)氣凸輪軸相對于曲軸偏轉(zhuǎn)的角度值均在2.75°以內(nèi)；排氣凸輪軸相對于曲軸偏轉(zhuǎn)的角度值隨著曲軸轉(zhuǎn)速的提高呈現(xiàn)增大趨勢，但最大偏差值在2.75°以內(nèi)；進(jìn)排氣凸輪軸相對角度偏差值隨著曲軸轉(zhuǎn)速的提高無增大趨勢，最大偏差值在0.4°以內(nèi)。這些偏差值都屬于正常誤差范圍內(nèi)，對發(fā)動機(jī)性能無影響，符合設(shè)計(jì)要求。

在發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度為90℃時，機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)中，兩種方案的機(jī)械式張緊器導(dǎo)軌位移最大值均在4.5 mm范圍內(nèi)，屬于正常誤差范圍內(nèi)，方案一的張緊器活塞位移峰值在2.5 mm內(nèi)，方案二的張緊器活塞位移峰值在1.0 mm內(nèi)，兩種方案的值都在設(shè)計(jì)要求的誤差范圍內(nèi)。

在發(fā)動機(jī)機(jī)油溫度為120℃時，機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)的張緊器導(dǎo)軌位移峰值：方案一的張緊器導(dǎo)軌位移峰值變化曲線如圖3所示，曲軸轉(zhuǎn)速從1 000 r/min至4 500 r/min時，張緊器導(dǎo)軌位移峰值在2.25 mm以內(nèi)，曲軸轉(zhuǎn)速從4 500r/min到5 500 r/min時，導(dǎo)軌位移峰值較高，最高達(dá)到4.5 mm，超出正常的誤差范圍。方案二的張緊器導(dǎo)軌位移峰值變化曲線如圖4所示，張緊器導(dǎo)軌位移峰值的大小隨曲軸轉(zhuǎn)速的增加而呈現(xiàn)增大的趨勢，在曲軸轉(zhuǎn)速為3 000 r/min之前，峰值很小；在曲軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min左右時，峰值最大，最大值約為2.5 mm；曲軸轉(zhuǎn)速為其他值時，張緊器導(dǎo)軌位移峰值略小，均在2.25 mm范圍之內(nèi)。

圖3 方案一張緊器導(dǎo)軌位移峰值曲線圖

圖4 方案二張緊器導(dǎo)軌位移峰值曲線圖

圖3 、圖4的圖形說明

綜上所述，在機(jī)油溫度為90℃及以下時，兩種設(shè)計(jì)方案的機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)的試驗(yàn)結(jié)果顯示都符合發(fā)動機(jī)動態(tài)試驗(yàn)要求；在機(jī)油溫度為120℃時，方案一的配置方式不符合發(fā)動機(jī)的設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)束語

本試驗(yàn)實(shí)測了發(fā)動機(jī)前端附件系統(tǒng)的動態(tài)特性，將經(jīng)過改裝的發(fā)動機(jī)裝在測試試驗(yàn)臺架上，使發(fā)動機(jī)在不同工況下運(yùn)轉(zhuǎn)，分別測試各種狀態(tài)下的正時系統(tǒng)和機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)的動態(tài)參數(shù)。

本文選取了發(fā)動機(jī)負(fù)載分別為0%、50%、100%三種狀況下，兩種不同機(jī)油溫度的正時系統(tǒng)和機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)附件的主要動態(tài)參數(shù)值進(jìn)行分析。結(jié)果表明：

（1）正時系統(tǒng)

兩種配置中，正時張緊器高壓腔和低壓腔性能顯示良好，高壓腔油壓最大值達(dá)到7 MPa左右，低壓腔油壓最大值在1.5MPa以內(nèi)，這些值都在正常誤差范圍內(nèi)；在正時鏈條和機(jī)油泵鏈條都使用變形鏈時，正時張緊器柱塞位移峰值最大是2.2 mm；正時張緊器柱塞移動量都在正常的范圍內(nèi)；進(jìn)氣凸輪軸與曲軸角度偏差值，排氣凸輪軸與曲軸角度偏差值，進(jìn)氣凸輪軸與排氣凸輪軸角度偏差值都很小，在合理 的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

（2）機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)

方案一（即扭簧式張緊器和66節(jié)機(jī)油泵鏈條）在安裝到發(fā)動機(jī)上時，機(jī)油泵張緊器導(dǎo)軌與油底殼間隙太小，使得導(dǎo)軌運(yùn)動受阻且方案一的布置產(chǎn)生了一種新的共振頻率（≈520 Hz），這導(dǎo)致張緊器導(dǎo)軌位移增加5 mm，在機(jī)油溫度較高時（120℃），張緊器導(dǎo)軌最大位移峰值達(dá)到4.5 mm，不符合設(shè)計(jì)要求；方案二（即2片式張緊器和68節(jié)機(jī)油泵鏈條）的布置是很合適的，沒有出現(xiàn)機(jī)油泵鏈條和鏈輪的動態(tài)問題，在機(jī)油溫度較高時（120℃），張緊器導(dǎo)軌最大位移峰值是2.5 mm，大多數(shù)情況下，位移峰值低于2.25 mm，符合發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)要求。

綜上所述，對于前端附件的運(yùn)動狀態(tài)來講，機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)的改變對正時系統(tǒng)幾乎沒有影響，但對機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)的裝配和振動都略有影響。因此，對于這臺4缸增壓直噴發(fā)動機(jī)來講，選用2片式機(jī)械張緊器和68節(jié)鏈條這種方案的機(jī)油泵驅(qū)動系統(tǒng)是最佳的選擇。