机油泵试验方法.doc

机油泵性能试验
1. 0目的
1.1测量机油泵泵出流量随着转速，油压和油温（n,PD,Toil）变化而变化的关系。
1.2 评估机油泵是否有气蚀。
1.3 计算机油泵的体积效率。
1.4 计算机油泵的总效率。
1.5 分析泄压阀特性。
1.6 发现功能问题。
1.7 采用专门的油泵试验台，用电机驱动油泵。
1.8 根据特定的机油泵设计和实际项目要求，将机油泵安装在发动机上比将机油泵夹在专用试验台上进行这些试验要好。在这种情况下下面的测试要综合机油压力分配和机油流量测试进行改进和测量。

2.0试验准备
2.1 试验前测量相关的机油泵部件，见附录A
2.2 必须考虑产品公差的影响。如果需要，可以采用中等间隙的或特定间隙的机油泵样品。为了估计最严重的机油泵内部泄漏（例如，怠速低压）而需要采用最大间隙机油泵。
2.3 试验用油必须是发动机要用的机油或适合原发动机的机油，可以考虑采用发动机运行后的机油（例如在磨合后的发动机中再加入后运行50到100小时的机油）。
2.4 因为本试验不考虑机油泵的耐久性，机油泵不需要链条，皮带或齿轮驱动系统而直接驱动。所以必须算出曲轴和机油泵之间的速比。
2.5最好采用原发动机的机油收集系统从储油罐中抽机油。如果没有可能，试验台的机油收集系统尽可能接近的模拟原发动机的部件。根据最少装油量的发动机原状态来确定机油泵与储油罐中机油液面之间的距离。
2.6 根据3.2在机油泵和机油收集系统上钻出测量温度和压力的螺纹孔。

3.0 仪器和设备

3.1 机油泵试验台由下面的部件组成：
·合适的用来装夹机油泵和可以满足机油泵转速范围的驱动系统。
·带加热和冷却设备的可以将油温控制到要求范围的储油罐，储油罐的容积必须满足储油罐中的机油在最大油泵转速下每分钟内不会被循环5次。
·在机油循环回路高压油管中有一个变流量控制阀用来调节机油泵出口压力PD。可以采用手动流量控制阀，但采用电气或气压驱动阀是最理想的。他要求有2种工作模式：a) 阀位置控制， b)整合在一起的过压控制回路。
·流量计见3.5
·合适的控制和数字记录系统
·仪表见3.2

3.2 仪表测量项目
油温：
·油罐中（满足要求的控制功能） TR[℃]
·油泵前（用螺纹固定在机油收集器上） TOil[℃]
油压：
·油泵进口压力（机油收集器） Ps[bar]
·油泵出口压力（高压管） PD[bar]
·油泵出口动态压力 Pdyn[bar]
·油泵转速 n[1/min]
·流量（机油泵输送） Q[l/min]
·扭矩（用来分析机油泵效率） M[Nm]
为了安全必须一直监测机油泵的压力和温度（特别是出口压力PD），并且用他们控制自动停机。

3.3 驱动系统的要求
·根据机油泵达到发动机最大速度的工作速度范围确定的转速范围。
·根据机油泵类型和油温而估计的扭矩范围。

3.4 机油加热/冷却设备的要求（机油调温器）
·机油调温器能够将油温稳定在40℃和140℃中任何一个所需的温度值，精度高于±2℃。
·通常机油调温器只能控制储油罐中的油温TR，如果TR和相应从机油泵入口测得的油温Toil超出了规定的公差，控制系统必须自动或手动的进行修正。
·如果主管工程师要降低研究的深度，采用比较简单的设备更有效。例如如果没有要求高温测试（＞90℃），经常不用加热设备。在这种情况下靠机械和液体摩擦损失来加热机油。
·机油调温器特性必须满足在输出油压和（或）油泵转速发生变化后能在不到5分钟内将油温完全稳定下来。

3.5 流量计和管路的要求
·流量计量程能够满足特定试验转速下的流量测量要求。
·对于所有的机油温度和相应的机油粘度通常要求流量计的精度高于2%，经常采用Coriolis型流量计。如果没有，在试验前必须进行校准。
·因为试验台最小流阻决定了能够测得的最低泵油压力，流量计流阻必须很低。通常要求包括流量计在内的机油泵出油口到储油罐的管路在油温为50℃和额定机油泵转速下的总压力降低于0.5bar。

3.6 测量精度和数据记录频率
·所有温度测量精度高于±1℃。
·所有压力测量精度高于0.05bar。
·油泵出口动态压力Pdyn的记录频率≥5KHz，其余测量量为稳态值。

4.0 测量方法

4.1 机油泵流量和压力关系（速度特性）
从发动机转速500rpm开始到发动机最大转速 nmax每隔500rpm测量一组机油泵压力、流量关系。发动机的额定转速（nrated）和50%的额定转速也应包括进测量转速点内。
发动机转速：
nEgine[rpm]= 500,1000,1500,……50%的nrated,……nrated, nmax
油泵出油压力从Pmin 到Pmax以1bar为间隔进行变化调节。
PD= Pmin，1bar，2bar，3bar，……Pmax
最小出油压力Pmin可由变流量控制阀全开的最低压力得到，如果主管工程师没有提出特别要求值，最大出油压力Pmax为6 bar
机油泵流量和压力关系要进行下面3种油温的测量：
Toil = 40，90，120（140）℃±2 ℃
注意：最高温度Toil=140℃只能在不违反部件和机油的规定的情况下才能采用，可由主管工程师规定的值减少温度点的设置。

机油泵内部带有泄压阀，参考4.2

在测试过程中进入机油收集器的机油温度Toil稳在规定的值。

在每个规定的油温和机油泵转速下将机油泵出油压力从Pmin 调整到Pmax而完成一次测定。既在记录了下面量的稳定值之后再次通过变流量控制阀的逐步关闭而继续得到新的稳定值。
·机油温度 Toil
·油泵转速 n
·吸油压力 Ps
·出油压力 PD
·流量 Q
·扭矩 M（如果测试机油泵效率）
·油泵出口动态压力 PD（见4.5）
通常从最低油温开始测完所有转速后再重新测下一油温是效率比较高的。

4.2 泄压阀特性
4.1中的测试可以对内部带泄压阀的机油泵的泄压阀静态特性进行评估。
这样要采用下面特定的试验条件进行试验：
泄压阀的作用限制了最大的输出压力Pmax。当PD≥泄压阀开启压力，变流量控制阀应当以很小的幅度进行关闭（使Pd以0.10 bar 为幅度增加）。当变流量控制阀完全关闭（100%闭锁流量）或出油压力达到一个很高的限定值时达到最高的流动阻力。

4.3 体积效率和机油泵总效率
按下面公式计算体积效率：
ηvolumetric = Q[m3/s]/Qtheory[m3/s]
理论泵流量：
Qtheory[m3/s]=Vpump[m3]·n[rpm]/60[sec/min]
Vpump[m3]根据机油泵的形状进行计算，参照AVL标准过程按附录A进行测量。
如果感兴趣，可以在4.1到4.3的试验中同时测量机油泵的扭矩M以便计算机油泵的总效率。
为了计算机油泵的效率，驱动机油泵的机械功
PM=M[Nm] ·π/30·n[rpm]
与液体输出动能之比
PH[W]= Q[m3/s] ·PD[N/m2]
总效率为下面的比值：
η= PH /PM

4.4 压力波动
在机油泵高压出油管路直接装上一个合适的石英压力传感器用来监测机油泵动态压力的波动Pdyn。
注意：试验台的设计，特别是管路或油泵后空腔对机油泵压力波动的测试影响较大。如果试验台没模拟发动机条件进行设计，机油泵动态压力的波动的测量只能作为注意事项和不同机油泵设计的比较值。
本试验温度和压力的设定与4.1一致，这样这个项目的测试可以通过增加下面的测试项目与前面的试验综合在一起：
·dyn.oil pressure Pdyn
不带泄压阀的机油泵机油泵出口压力保持恒定：
PD = 4 bar（机油泵不带内部泄压阀）
对带内部泄压阀的机油泵必须按下面所述对变流量控制阀进行调节，以得到相应的机油泵出口压力：
（a） 如4.3（无分路流量）
（b） 在额定转速下将变流量控制阀打开到有30%的分路流量。
（c） 在额定转速下将变流量控制阀打开到有70%的分路流量。
分路流量百分比是测得的流量与泄压阀不开启的转速下情况测得流量值直线拟合到坐标轴的流量值之比。
b)和c)的测试（不能与4.3综合在一起进行），经常减少到只测最高的油温，因为相对最小的机油粘度对出口机油压力波动的阻尼最小。

5.0 试验结果的内容
报告必须包括：
·部件的清单
·部件的测量结果
·总成的测量结果
·试验设备的草图
·按下面作出试验结果

5.1 机油泵流量
画出不同转速和油温下的流量压力曲线，见图2.
如果测量了驱动力矩，用类似的方法画出机械功PM曲线。

5.2 泄压阀特性
按5.1的方法进行绘图，但对不同的油温分别进行绘曲线，见图2

5.3 稳定出油压力的速度图
对于每一个温度用一幅图绘出流量Q和吸油压力Ps相对于转速的曲线，见图2.
将流量转速曲线与线性变化相比较得到增量，负增量随着转速和温度急剧增大说明机油泵有气蚀，吸油压力给出了另外的信息：如果出现气蚀，吸油压力在额定功率和90℃的油温下将降到在0.05和0.15之内，必须重新设计机油集滤器。

5.4 机油泵容积效率
按4.3规定有机油泵容积效率相对发动机转速的曲线，见图2为在机油温度Toil=120℃测试不同输出压力。

5.5 机油泵效率
对每一个机油温度，见4.4规定，用一个不同转速下的机械功、液体动能、机油泵容积效率和总效率的曲线图来表示。见图2

5.6 压力波动
选用合适的比例来画出机油压力的波动情况（例如。RMS-value）。按4.5规定按温度不同画出压力波动-转速曲线。
对于压力波动大的高转速画出合适的一段时间范围的压力-时间曲线。
如果有合适的软件，绘出Pdyn的Fourier因子与转速、频率的三维图。

附录 A
零件测量参数
·转子外径
·转子厚度
·机油泵转子腔内径
·轴承销直径
·衬套直径
·泄压阀尺寸（柱塞直径、套桶直径和自由长度，按图纸所需的相关尺寸）

总成测量参数
·端面间隙
·转子与齿轮腔径向间隙
·泄压阀弹簧安装长度