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1、车用干式油底壳技术及其设计?车用干式油底壳技术及其设计?文章编号:10024581(2011】06003103车用干式油底壳技术及其设计葛洲扬GeZhouyang(吉林大学,吉林长春130000)摘要:结合国外赛车发展历史,全面介绍干式油底壳技术.具体包括其组成构件,工作原理,设计思路及使用优势.最后提出其应用场合.关键词:干式油底壳;赛车;特种车中图分类号:U464.137.4.020引言干式油底壳技术最早出现于20世纪30年代,应用于小型摩托车以改善润滑性能.几十年来,随着汽车运动的发展,这项技术愈加被人们所了解和认识,尤其是在赛车运动与汽车改装领域.由于其可以大大提高发动机润滑效果和车辆
2、的操控性能,很多知名汽车厂商的高端跑车都应用干式油底壳技术.美国着名的NASCAR比赛里,大部分参赛车辆也将原厂油底壳改装为干式.干式油底壳技术在国外较为流行,生产制造干式油底壳全套配件的公司有MOROSO,PACE,DAILEYENGINEERING等,其价格因类型和大小而不同,通常在12万人民币之间.然而,由于文化和技术水平等因素,干式油底壳技术在中国发展得并不理想,其在汽车制造,改装中的应用并不多,全面理解这项技术的人也相对较少.因此,在总结整理国外资料和实践的基础上,对于式油底壳技术做一个全面的介绍,同时提出其在特种车上应用的可能.文献标识码:A1干式油底壳系统的组成干式油底壳技术是区
3、别于传统湿式油底壳技术而言的.通常干式油底壳系统(drysumpoilsystem)包括1个高度很低的油底壳(oilpan),多个回油口(pickups),1个独立的多口回油泵(multi-stagescavengepump),高压油泵(pressurepump,也有的和回油泵连在一起,或者直接利用原厂机油泵泵油),机油箱(oiltank),机油滤清器,机油冷却器,溢流阀,驱动轮,驱动皮带以及接口和连接管路,有些还包括油气分离器(oil.airseparator)和通风箱(breathertank).由于回油泵和高压油泵的动力来自曲轴,因此很多干式油底壳发动机使用电子水泵,利用水泵的驱动带动油
4、泵,见图1.棒删癌座瘫柏帆袖图1干式油底壳系统示意图?31?车用干式油底壳技术及其设计?2干式油底壳顾名思义,干式油底壳(常简称油盘)内不存储机油,它是干的.因此,干式油底壳的油盘非常浅,通常可以比传统的湿式油底壳低lOOmm左右【.发动机运转时,从曲轴和活塞连杆上落回的机油被回油泵通过油盘底部的回油口抽走,经过机油冷却器,流人一个外置的机油箱中.对于小功率发动机或是运动相对不激烈的赛车,可以不安装机油冷却器,因为它会使机油压力有一定损失.机油在机油箱中流动时会释放出溶解的一部分空气,并通过通风箱释放到大气中.高压油泵将机油从机油箱底部抽出,通过滤清器送达发动机主油道,对发动机进行润滑.下面具
5、体介绍干式油底壳系统的主要部件及其功用.2.1油盘与回油泵传统的湿式油底壳深度很深,能够贮存大量的机油.干式油底壳技术使油底壳的深度大为降低,其只能贮存发动机停止运转后小部分滴落的机油,大部分机油贮存在一个外置的机油箱内.由于这样的设计,发动机的高度大为降低,使整车的重心降低,可以提高车辆行驶的稳定性和操控性.图2为干式油底壳油盘与回油泵.图2油盘与回油泵油盘的设计首先必须保证能与发动机正确安装,密封性良好.其材料可使用与原油底壳相同或强度相当的材料.由于干式油底壳没有集滤器,而是靠多个分布在不同位置的回油口抽油,因此油盘侧部或底部应有相应的接口.为了确保回油泵能在汽车的各种行驶状况下(匀速,
6、加速,左转,右转,制动,上坡和下坡)抽出足够的油,除了需要在油盘内设置挡油板外,回油口的位置也?32?需要仔细布置.考虑到发动机的曲轴轴承是机油主要润滑的部分,大部分机油会从该处滴落,因此抽出轴承附件的机油是首先需要满足的.由于赛车行驶时大部分隋况下处于加速状态,机油在油盘内有向后聚集的趋势,而且往往加速时还伴随向左或向右转弯,因此,如果只有2个回油口,则一般布置在油盘后方一左一右;如果有3个回油口,则常在油盘前部再放置一个,以提高制动时的回油量.油盘与回油口的设计还应考虑到气门组件和溢流阀的位置.对于非顶置式凸轮轴发动机,回油凹槽中将聚集很多从气门组件落回的机油,且其中掺杂着一些污染性废气,
7、及时抽出这部分机油及废气对于发动机的润滑和机油的使用寿命都是有好处的.对于直列四缸发动机,当其高速运转时,会有相当一部分机油通过溢流阀流回油盘,油盘应把这些机油尽量导向回油口位置,以提高回油速度.另外,由于回油泵不能保证每一时刻都抽出机油,其中常掺杂一些空气,因此,回油泵的流量应大于机油滴落的流量以及高压油泵的送油量.经验计算得出,回油量至少应为泵油量的23倍.2.2机油冷却器干式油底壳通常需要使用大尺寸机油冷却器.当发动机高负荷运转时,机油温度升高,黏度下降,难以形成足够厚度的油膜,严重时甚至会损坏发动机.机油冷却器的介入可以使油温保持在一个合理的水平,通常在8090之间.但是,在发动机冷启
8、动时,机油黏度较高,磨损大,泵油压力大,进而增加泵油所需功率,导致发动机功率下降,不利于启动.因此,可以选择加装节温器控制机油温度.图3为机油冷却器套件.图3机油冷却器套件另外,机油冷却器的尺寸需要具体考虑,通j塞奎Q!:Q:鱼?车用干式油底壳技术及其设计?常应比实际所需略大.但如果过大,将增加机油的压力损失,并带来额外的重量,不利于发动机性能的提高.2.3机油箱和通风箱机油箱是干式油底壳系统中一个非常重要的部件.一个好的机油箱应满足以下要求:(1)容量大于原湿式油底壳内的机油容量;(2)能够在一定程度上分离机油中包含的空气;(3)具有良好的密封性,可以保持箱内压强恒定;(4)fig够在一定程
9、度上减少机油在箱中的波动;(5)重心尽量低.常温下机油可溶解9%体积的空气,溶解量随空气的增加而增多.干式油底壳技术由于使用多个回油口从油盘底部抽油,难免抽人一部分空气,空气被油膜包住,不易破裂就会形成气泡.机油中存在气泡,将使其流动性变坏,润滑能力下降;增大油的压缩性,造成油压下降【2.根据有关资料,赛车发动机正常运转时,其机油中溶解的空气量甚至达25%左右.因此,机油箱必须能够分离出流经机油中的空气.机油应从机油箱上部流入,在内部挡板的作用下,实现油,气分离.空气进入通风箱排出,机油从下部流出.由于赛车在行驶时负荷变化剧烈,回油泵并不总能抽出足够的机油,因此机油箱中的油量将很不稳定;加之机
10、油箱本身随着车辆运动,故必须保证机油箱底部出油口处始终充满机油,避免高压油泵抽入空气.图4为一款干式油底壳机油箱.图4干式油底壳机油箱另外,机油箱安装的高度应尽量低,并接近机油冷却器,以降低重心,增加回油速度.3优势设计或改装一套干式油底壳系统虽然比较复杂,但其优异的使用特性却可以使发动机获得更佳的性能.具体地讲,干式油底壳技术的优点体现在3个方面:(1)提高发动机的功率由于干式油底壳的油盘内几乎不存有机油,故发动机曲轴运转时不存在搅油阻力;加之多级并联回油泵增加了曲轴箱内的真空度,使曲轴,活塞运动时阻力减小,可以使发动机的功率有一定的提升.国外杂志报道称,使用干式油底壳技术可以提升发动机功率
11、7350W左右.(2)增加发动机润滑性能由于进人发动机主油道中的机油来自机油箱,而非直接来自油底壳,因此起润滑作用的机油质量更好,压力更高,流量更稳定,增加了对发动机的润滑效果,这一优势在耐久比赛中尤为显现.(3)提高车辆行驶稳定性和操控性由于干式油底壳的油盘非常低,发动机的高度随之降低,进而降低了整车的重心.有的油盘设计成前低后高的楔形,使发动机前倾,还可进一步降低重心.重心的降低可以提高车辆行驶的稳定性和操控性,对于需要高速过弯的比赛场合尤为显着.(4)能够适应严酷的行驶状况由于干式油底壳系统机油贮存在附加的机油箱中,且允许短时间内回油泵空转,这一特点使得其可以应用于军车或其他特种车辆.4结束语干式油底壳技术源自于赛车运动,它通过使用一套改进的润滑系统,可以提高发动机的润滑能力与操控性能,并提高赛车的功率.同时,由于其出色的使用性能以及对各种行驶状况的适应能力,使其可以应用于军车或其他特种车辆.参考文献1MarkPivac,BEng(Hons),DrySumpOilSystem,BDGMotorsport,2007.2王毓民,王恒.润滑材料与润滑技术MI.北京:化学工业出版社,2004.收稿日期:201卜O706?33?
