一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法与流程

1.本发明涉及发动机润滑系统技术领域，尤其涉及一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法。

背景技术：

2.增程式的混合动力模式中，对发动机的动力性要求远远低于传统发动机，而着重强调燃油经济性，而增程式发动机在设计时，需要配备润滑系统，以保证发动机能够正常且安全的运行，避免发生故障现象。
3.现有的增程式发动机，其除燃烧系统外各子系统的设计，也是沿用以前的传统发动机的设计方法，如其中润滑系统的设计，需要根据发动机的特性进行全工况的匹配计算，其设计也需要满足发动机的全工况，因此，其计算和实验量都较大，开发周期长，成本高。

技术实现要素：

4.本发明的目的是提供简化了系统结构，在提高了产品的质量的基础上，也降低了制造成本的一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法，包括以下步骤：
6.s01：一维发动机性能仿真；
7.s02：筛选发动机工况；
8.s03：控制策略编写；
9.s04：判断一维整车性能仿真是否满足；
10.s05：系统设计前工况剔除计算；
11.s06；润滑系统模型框架设计；
12.s07：搭建一维润滑系统模型；
13.s08：一维润滑系统仿真和机油泵性能仿真及计算；
14.s09：校验是否满足润滑系统优化需求；
15.s10：完成设计。
16.作为上述技术方案的进一步描述：
17.所述步骤s01中，采用gt-power软件搭建增程式专用发动机的一维性能仿真模型，并在一维性能仿真模型内给定发动机的缸径和行程边界参数，并获得发动机性能仿真结果，并生成发动机特性曲线，包括发动机转速、扭矩、等功率线和等油耗率线。
18.作为上述技术方案的进一步描述：
19.所述步骤s02中，筛选发动机工况的步骤如下所示：
20.s02.1：根据拟定的整车性能目标值，结合实际行驶路况，将整车动力模块对发动机的需求分为低速巡航、正常行驶和高速行驶三个工况；
21.s02.2：结合整车的三种工况，筛选发动机工况又分为低速巡航、正常行驶和高速
行驶三个行驶工况，一个启动怠速工况。
22.作为上述技术方案的进一步描述：
23.所述步骤s04中，若整车一维性能满足开发目标，则执行步骤s05；若整车一维性能不满足开发目标，则重新根据功率或者油耗需求进行发动机工况筛选，并重复执行步骤s03和步骤s04，最终完成发动机工况的选择。
24.作为上述技术方案的进一步描述：
25.所述步骤s05中，根据发动机一维仿真数据结果，结合选定的工况最大功率的点，计算发动机的热量，由机油散热进而计算润滑系统理论流量，初步设计润滑系统基本参数，再以此参数计算其他几种工况的散热，是否满足，若满足，则在后续的设计仿真及优化过程中，剔除该工况
26.作为上述技术方案的进一步描述：
27.所述步骤s06中，设计发动机的润滑油路以及润滑油路的流向示意，同时，由概念设计输入的参数，根据剔除后的剩余工况，确定各油路的基本尺寸，如油道直径，间隙参数。
28.作为上述技术方案的进一步描述：
29.所述步骤s07中，根据机油泵的初步参数，搭建一维润滑系统模型，其包含整机的各个润滑部件，以及整机润滑油路等，并计算出的如机油泵理论排量，各油路直径、间隙等设定模型边界。
30.作为上述技术方案的进一步描述：
31.所述步骤s08中，包含进行一维稳态中的incompressible steady state计算，只考虑机油的流动，来计算润滑系统内机油压力和流量的分布，还包含根据机油泵基本参数，计算出的机油泵各转速下的p(压力)-q(流量)特性曲线，n(转速)-q(流量)曲线等性能参数。
32.作为上述技术方案的进一步描述：
33.所述步骤s09中，根据获得的各运动副润滑油路的压力，流量数据，整理其数据，由公式，初步计算出各运动副的相对运动速度vi，其中di为各运动副直径，n为运动副转速，进一步的可以算出各运动副的最小润滑压力对比仿真获得数据，校核其是否满足润滑要求。
34.作为上述技术方案的进一步描述：
35.所述步骤s09中，若校核满足润滑要求，则执行步骤s10，若不满足润滑要求，则重新执行步骤s08。
36.在上述技术方案中，本发明提供的一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法，具有以下有益效果：
37.该设计方法有效的简化了设计步骤，节省了大量的数据计算和处理时间，以及相应的计算资源占有率，同时又有效的简化了系统结构，在提高了产品的质量的基础上，也降低了制造成本。
附图说明
38.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为本发明实施例提供的一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法的示意图；
40.图2为本发明实施例提供的发动机万有特性曲线的示意图；
41.图3为本发明实施例提供的全工况的机油泵p-q特性曲线的示意图。
具体实施方式
42.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
43.如图1-图3所示，一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法，包括以下步骤：
44.s01：一维发动机性能仿真；
45.s02：筛选发动机工况；
46.s03：控制策略编写；
47.s04：判断一维整车性能仿真是否满足；
48.s05：系统设计前工况剔除计算；
49.s06；润滑系统模型框架设计；
50.s07：搭建一维润滑系统模型；
51.s08：一维润滑系统仿真和机油泵性能仿真及计算；
52.s09：校验是否满足润滑系统优化需求；
53.s10：完成设计。
54.该设计方法有效的简化了设计步骤，节省了大量的数据计算和处理时间，以及相应的计算资源占有率，同时又有效的简化了系统结构，在提高了产品的质量的基础上，也降低了制造成本。
55.步骤s01中，采用gt-power软件搭建增程式专用发动机的一维性能仿真模型，并在一维性能仿真模型内给定发动机的缸径和行程边界参数，并获得发动机性能仿真结果，并生成发动机特性曲线，包括发动机转速、扭矩、等功率线和等油耗率线，如图2所示的万有特性曲线中，其横坐标为发动机转速、纵坐标为扭矩，其内部曲线为动力匹配较关注的等功率线和等油耗率线。
56.步骤s02中，筛选发动机工况的步骤如下所示：
57.s02.1：根据拟定的整车性能目标值，结合实际行驶路况，将整车动力模块对发动机的需求分为低速巡航、正常行驶和高速行驶三个工况；整车在驻车、急加速或急减速、爬坡等情况由电池和电机组完成，发动机的实际运行工况与整车运行工况并不直接相关，可以等效的归为上述三种工况；
58.s02.2：结合整车的三种工况，筛选发动机工况又分为低速巡航、正常行驶和高速行驶三个行驶工况，一个启动怠速工况；低速巡航工况对应的电池耗电量较小，发动机低功率进行电量补充，结合万有特性曲线，考虑燃油经济性和nvh性能综合选择发动机的工况为
转速较低的工况，正常行驶工况对应的电池耗电量适中，结合万有特性曲线，考虑燃油经济性、nvh性能和功率综合选择发动机的工况为转速适中的工况，高速行驶，电池急剧放电，对应的电池耗电量较大，结合万有特性曲线，考虑燃油经济性和发电功率综合选择发动机的工况为转速较高、功率较大的工况。
59.基于电池soc值和电机扭矩需求，控制器进行工况判断选择，从而控制发动机在低速巡航、正常行驶和高速行驶运行工况的何种工况运行。
60.步骤s04中，若整车一维性能满足开发目标，则执行步骤s05；若整车一维性能不满足开发目标，则重新根据功率或者油耗需求进行发动机工况筛选，并重复执行步骤s03和步骤s04，最终完成发动机工况的选择；
61.需要注意的是，其中与性能有关的整机参数，主要体现在电机性能上，在设计过程中可以迅速更改电机边界参数进行调整，本发明的主要目的是筛选出合适的发动机工况，因此在本发明中，整车动力及加速性能不作为主要因素进行参考，主要考虑燃油经济性和续航里程等；
62.发动机的工况筛选，是基于获得的万有特性曲线和设计目标选定，实际选取方法为如下：
63.1：通过计算耗电量率＝发动机功率
×
发电机效率
×
电能转换总效率，计算出发动机各工况下的充电功率；
64.2：再根据对应功率的等功率线在发动机万有特性曲线里面，筛选出合适的燃油消耗率对应的转速工况；
65.本发明为在以图二内d曲线所包围的区域内进行筛选，万有特性曲线中d曲线所包围的范围其含义为燃油消耗率较低的发动机工况范围，这一过程，能量转换效率基于整车数据库获得，基于现有的仿真数据，该一维性能仿真不满足到重新进行步骤s02、s03、s04的过程，并不会重复多次，在经过短暂的筛选即完成该步骤，筛选出合适的发动机工况，从而进入到下一步的发动机各系统详细设计。
66.步骤s05中，根据发动机一维仿真数据结果，结合选定的工况最大功率的点，计算发动机的热量，由机油散热进而计算润滑系统理论流量，初步设计润滑系统基本参数，再以此参数计算其他几种工况的散热，是否满足，若满足，则在后续的设计仿真及优化过程中，剔除该工况；
67.如图2和图3所示，这里为3200rpm对应的点c。计算发动机每一小时燃烧生成的热量则机油散热量其中p为发动机功率，ηe为有效热效率，α0为机油散热量占发热量的百分比，则，所需要的的机油循环量为其中γ为机油比重，cj机油的比热，δt为单个循环的温升；据此机油循环量，可以初步设计机油泵内外转子参数，及齿高等基本参数。然后根据设计好的暂定的机油泵参数，返回计算另外三种工况下对应的转速下的机油泵的理论排量，结合点b、点c的功率和转速校核散热量是否满足。若满足，则在后续的设计仿真及优化过程中，剔除该工况。
68.理论上，2000rpm工况，发动机功率小，热负荷低，而2800rpm功率相对大负荷的3200rpm对应功率小，但是转速相差不大，因此，理论推断通过3200rpm的工况设计计算的机
油泵等润滑系统的参数，能够很好的覆盖这两个工况，通过实际计算可以剔除2000rpm(点a)、2800rpm(点b)两种工况，而怠速工况由于转速较低，需要纳入仿真计算中进行校核。
69.步骤s06中，设计发动机的润滑油路以及润滑油路的流向示意，同时，由概念设计输入的参数，根据剔除后的剩余工况，确定各油路的基本尺寸，如油道直径，间隙参数；
70.根据剔除后的剩余工况，800rpm怠速和3200rpm(点c)，确定各油路的基本尺寸，如油道直径，间隙等；
71.由公式，初步计算出各运动副d相对运动速度
[0072]vi
，其中di为各运动副直径，n为运动副转速，进一步的可以算出各运动副的最小润滑压力
[0073]
步骤s07中，根据机油泵的初步参数，搭建一维润滑系统模型，其包含整机的各个润滑部件，以及整机润滑油路等，并计算出的如机油泵理论排量，各油路直径、间隙等设定模型边界。
[0074]
步骤s08中，包含进行一维稳态中的incompressible steady state计算，只考虑机油的流动，来计算润滑系统内机油压力和流量的分布，还包含根据机油泵基本参数，计算出的机油泵各转速下的p(压力)-q(流量)特性曲线，n(转速)-q(流量)曲线等性能参数。
[0075]
步骤s09中，根据获得的各运动副润滑油路的压力，流量数据；整理其数据，由公式，初步计算出各运动副的相对运动速度vi，其中di为各运动副直径，n为运动副转速，进一步的可以算出各运动副的最小润滑压力对比仿真获得数据，校核其是否满足润滑要求，根据对比结果，进行各油路的尺寸，机油泵的参数的优化修正等，将修正后的参数作为边界，重新进行步骤s08，调整主油路，各支路油路的压力和流量，满足工况润滑需求，最终完成润滑系统的设计。
[0076]
步骤s09中，若校核满足润滑要求，则执行步骤s10，若不满足润滑要求，则重新执行步骤s08。
[0077]
实施例一
[0078]
进行了两组对比实验，一种按照传统发动机全工况的润滑系统设计方法，另一种使用本发明的方法，进行工况筛选，剔除后的计算方法，如图3所示，为全工况的机油泵p-q特性曲线，由机油泵厂家设计后，模拟实验计算得出，其包含横坐标表示的机油泵出口压力，纵坐标的流量，不同曲线代表不同转速下的压力-流量关系，可以看出，获得该特性曲线需要计算各种转速工况下的，大量的压力和流量数据，而使用本发明的方法，则只需要计算出800rpm和3200rpm的转下的特性曲线，甚至于单独的点计算，则，在该机油泵计算环节，可以节省至少4/5的数据计算和处理时间，以及相应的计算资源占有率；
[0079]
润滑系统中仅机油泵的计算，还包含泄压油路压力、泄油量的计算，进油压力、流量的选择计算，而整个润滑系统的一维仿真计算，若对全工况进行计算，也需要超大的计算量，同时会获得庞大的数据库，进行数据处理，得出结论；
[0080]
同时，使用传统的方法进行增程式发动机的润滑系统的设计，在设计上存在润滑
能力过剩的情况，即满足全工况下的润滑系统，其流量和压力，会大于实际工作的工况需求，由图2的万有特性曲线可以看出，选择的a、b、c三种工况点，其均在燃油消耗率较好的d曲线内，而其功率要小于发动机的最大功率点，因此其热负荷低于其最大功率点，润滑流量要小于最大功率点需求，因此，其造成润滑系统整体偏大，润滑油量偏多，造成整机重量和成本的增加。
[0081]
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

技术特征：

1.一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：s01：一维发动机性能仿真；s02：筛选发动机工况；s03：控制策略编写；s04：判断一维整车性能仿真是否满足；s05：系统设计前工况剔除计算；s06；润滑系统模型框架设计；s07：搭建一维润滑系统模型；s08：一维润滑系统仿真和机油泵性能仿真及计算；s09：校验是否满足润滑系统优化需求；s10：完成设计。2.根据权利要求1所述的一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法，其特征在于：所述步骤s01中，采用gt-power软件搭建增程式专用发动机的一维性能仿真模型，并在一维性能仿真模型内给定发动机的缸径和行程边界参数，并获得发动机性能仿真结果，并生成发动机特性曲线，包括发动机转速、扭矩、等功率线和等油耗率线。3.根据权利要求1所述的一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法，其特征在于：所述步骤s02中，筛选发动机工况的步骤如下所示：s02.1：根据拟定的整车性能目标值，结合实际行驶路况，将整车动力模块对发动机的需求分为低速巡航、正常行驶和高速行驶三个工况；s02.2：结合整车的三种工况，筛选发动机工况又分为低速巡航、正常行驶和高速行驶三个行驶工况，一个启动怠速工况。4.根据权利要求1所述的一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法，其特征在于：所述步骤s04中，若整车一维性能满足开发目标，则执行步骤s05；若整车一维性能不满足开发目标，则重新根据功率或者油耗需求进行发动机工况筛选，并重复执行步骤s03和步骤s04，最终完成发动机工况的选择。5.根据权利要求1所述的一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法，其特征在于：所述步骤s05中，根据发动机一维仿真数据结果，结合选定的工况最大功率的点，计算发动机的热量，由机油散热进而计算润滑系统理论流量，初步设计润滑系统基本参数，再以此参数计算其他几种工况的散热，是否满足，若满足，则在后续的设计仿真及优化过程中，剔除该工况。6.根据权利要求1所述的一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法，其特征在于：所述步骤s06中，设计发动机的润滑油路以及润滑油路的流向示意，同时，由概念设计输入的参数，根据剔除后的剩余工况，确定各油路的基本尺寸，如油道直径，间隙参数。7.根据权利要求1所述的一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法，其特征在于：所述步骤s07中，根据机油泵的初步参数，搭建一维润滑系统模型，其包含整机的各个润滑部件，以及整机润滑油路等，并计算出的如机油泵理论排量，各油路直径、间隙等设定模型边界。8.根据权利要求1所述的一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法，其特征在于：所述步骤s08中，包含进行一维稳态中的incompressible steady state计算，只考虑机油的
流动，来计算润滑系统内机油压力和流量的分布，还包含根据机油泵基本参数，计算出的机油泵各转速下的p(压力)-q(流量)特性曲线，n(转速)-q(流量)曲线等性能参数。9.根据权利要求8所述的一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法，其特征在于：所述步骤s09中，根据获得的各运动副润滑油路的压力，流量数据，整理其数据，由公式，初步计算出各运动副的相对运动速度v
i
，其中d
i
为各运动副直径，n为运动副转速，进一步的可以算出各运动副的最小润滑压力对比仿真获得数据，校核其是否满足润滑要求。10.根据权利要求9所述的一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法，其特征在于：所述步骤s09中，若校核满足润滑要求，则执行步骤s10，若不满足润滑要求，则重新执行步骤s08。

技术总结

本发明公开了一种增程式专用发动机润滑系统的设计方法，包括以下步骤：S01：一维发动机性能仿真；S02：筛选发动机工况；S03：控制策略编写；S04：判断一维整车性能仿真是否满足；S05：系统设计前工况剔除计算；S06；润滑系统模型框架设计；S07：搭建一维润滑系统模型；S08：一维润滑系统仿真和机油泵性能仿真及计算；S09：校验是否满足润滑系统优化需求；S10：完成设计。本发明中，该设计方法有效的简化了设计步骤，节省了大量的数据计算和处理时间，以及相应的计算资源占有率，同时又有效的简化了系统结构，在提高了产品的质量的基础上，也降低了制造成本。了制造成本。了制造成本。