CN113719334B - 变排量机油泵控制策略的确定方法 - Google Patents

变排量机油泵控制策略的确定方法 Download PDF

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Abstract

一种变排量机油泵控制策略的确定方法包括根据发动机润滑系统中的变排量机油泵、各用油部件与油路的关系以及各用油部件的单体性能参数建立仿真计算模型；确定满足各用油部件在高温低速工况下所需求的最低转排量，并将最低转排量作为变排量机油泵的最大转排量；确定满足发动机常用工作点油压需求所需维持的主油道最低油压值，并将该值作为变排量机油泵的低压目标值；确定满足活塞冷却喷油嘴流量需求和轴承高速油压需求所需维持的主油道最低油压值，并将该值作为变排量机油泵的高压目标值；对发动机的多个工作点进行计算，将油压满足需求的工作点划分在低压工作区，将油压不满足需求的工作点划分在高压工作区。

Description

变排量机油泵控制策略的确定方法
技术领域
本发明涉及油泵开发技术领域，特别涉及一种变排量机油泵控制策略的确定方法。
背景技术
传统定排量机油泵的供油特征是：供油量及供油压力随油泵转速线性增加；但实际发动机的用油部件对油压及油量的需求，不仅与转速有关，同时还与扭矩和油温相关；这就造成了低转速大负荷时供油不足，高速低负荷时供油过剩的问题，为了满足可靠性需求，选择的油泵转排量会有富余，造成浪费。
为了改善上述问题，实现按需供油，降低油泵轴功消耗，实现降油耗目的，变排量机油泵逐渐成为主流供油方式。但变排量机油泵由于其复杂的结构，也对项目开发及后续的控制策略标定提出了很大的挑战。在开发过程中有三个参量需要提前确认机油泵最大转排量、油压高压目标及低压目标值以及油泵高低压控制策略MAP图。
以往的确定方法是通过经验和对标数据大致估计机油泵最大转排量和高低压目标值，后期样机出来后，再通过标定扫点的方式确定高低压控制策略MAP。该方法确定的最大转排量和高低压目标值通常留的余量较大，不利于降油耗，同时后期标定的工作量过大，增加了项目开发周期。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种变排量机油泵控制策略的确定方法，能降低后期试验标定的难度，有效缩短项目开发周期。
一种变排量机油泵控制策略的确定方法，所述方法包括：根据发动机润滑系统中的变排量机油泵、各用油部件与油路的关系以及各用油部件的单体性能参数建立仿真计算模型；确定满足各用油部件在高温低速工况下所需求的最低转排量，并将最低转排量作为变排量机油泵的最大转排量；确定满足发动机常用工作点油压需求所需维持的主油道最低油压值，并将该值作为变排量机油泵的低压目标值；确定满足活塞冷却喷油嘴流量需求和轴承高速油压需求所需维持的主油道最低油压值，并将该值作为变排量机油泵的高压目标值；发动机包括低压工作区和高压工作区，对发动机的多个工作点进行计算，并以轴承润滑需求、用油部件中的液压部件的油压需求以及活塞冷却喷油嘴流量需求作为边界，将油压满足需求的工作点划分在低压工作区，将油压不满足需求的工作点划分在高压工作区。
在本发明的实施例中，上述变排量机油泵建模的方法包括：
利用单体所述变排量机油泵在最大转排量时的数据，并基于转排量调节过程所述变排量机油泵的泄露量不变的原则，拟合确定所述变排量机油泵的泄露量与油温、所述变排量机油泵前后压差以及所述变排量机油泵转速的关系，并根据该关系换算不同转排量下的容积效率；
对实际油压与目标油压的偏差进行线性调节控制，获取所述变排量机油泵的实际转排量；
向所述仿真计算模型输入所述变排量机油泵的转速；
将上述获得的所述容积效率、所述变排量机油泵的实际转排量以及所述变排量机油泵的转速换算成所述变排量机油泵的实际供油能力。
在本发明的实施例中，上述变排量机油泵的实际供油能力＝所述变排量机油泵实际转排量×所述变排量机油泵转速×容积效率。
在本发明的实施例中，上述发动机润滑系统的各用油部件包括集滤器、机油冷却器、机油滤清器、油路、曲轴轴承、连杆大头轴承、平衡轴承、活塞冷却喷嘴、链条喷嘴、正时链条喷嘴、张紧器、增压器、凸轮轴承、可变正时气门、液压挺柱和真空泵。
在本发明的实施例中，上述发动机包括缸盖模型和缸体模型，所述缸盖模型设置有所述增压器、多个所述可变正时气门以及多个所述凸轮轴承；所述缸体模型设置有多个所述曲轴轴承、多个所述连杆大头轴承、所述平衡轴承、多个所述活塞冷却喷嘴、所述机油冷却器和所述机油滤清器。
在本发明的实施例中，上述发动机的常用工作点包括第一工作点、第二工作点和第三工作点，所述第一工作点为转速1200rpm、负荷3bar，所述第二工作点为转速1500rpm、负荷8bar，所述第三工作点转速2000rpm、负荷10bar。
在本发明的实施例中，上述对单个所述用油部件进行试验测试，获取各所述用油部件的单体性能参数，所述单体性能参数包括泄露系数和流阻。
在本发明的实施例中，上述各所述用油部件包括轴承类部件，将所述轴承类部件的直径、宽度、间隙和槽型作为单体性能参数。
在本发明的实施例中，上述仿真计算模型的计算工况为油温70～110℃和130～150℃，负荷为低负荷和全负荷，转速为怠速到设定转速，所述发动机转速计算步长为300～800rpm。
在本发明的实施例中，上述方法采用CAE软件进行仿真计算。
本发明的变排量机油泵控制策略的确定方法通过仿真分析手段确定变排量机油泵的最大转排量、低压目标值、高压目标值以及低压工作区和高压工作区策略MAP，实现发动机润滑系统按需供油，保证发动机可靠性的同时，降低变排量机油泵的轴功消耗，同时能在项目开发前期定义变排量机油泵的控制策略，极大的降低了后期试验标定的难度，有效缩短项目开发周期。而且发动机的工作区间定义更加精细化，有效降低油耗。
附图说明
图1是本发明的变排量机油泵控制策略的确定方法的流程示意图。
图2是本发明的发动机润滑系统的仿真计算模型的示意图。
图3是本发明的仿真计算模型的各用油部件油压分布的示意图。
图4是本发明的用油部件流阻的坐标示意图。
图5是本发明的发动机扫点计算划分工作区的坐标示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种变排量机油泵控制策略的确定方法。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
为了便于本领域技术人员的理解，本发明通过以下实施例对本发明提供的技术方案的具体实现过程进行说明。
图1是本发明的变排量机油泵控制策略的确定方法的流程示意图，如图1所示，变排量机油泵控制策略的确定方法包括：
根据发动机润滑系统中的变排量机油泵30、各用油部件与油路14的关系以及各用油部件的单体性能参数建立仿真计算模型；
确定满足各用油部件在高温低速(高温区间为130℃～140℃，发动机低速为600rpm～900rpm)工况下所需求的最低转排量，并将最低转排量作为变排量机油泵30的最大转排量；
确定满足发动机常用工作点油压需求所需维持的主油道最低油压值，并将该值作为变排量机油泵30的低压目标值；
确定满足活塞冷却喷油嘴流量需求和轴承高速油压需求所需维持的主油道最低油压值，并将该值作为变排量机油泵30的高压目标值；
发动机包括低压工作区和高压工作区，对发动机的多个工作点进行计算，并以轴承润滑需求、用油部件中的液压部件的油压需求以及活塞冷却喷油嘴流量需求作为边界，将油压满足需求的工作点划分在低压工作区，将油压不满足需求的工作点划分在高压工作区。
如图1所示，本发明的变排量机油泵控制策略的确定方法的具体步骤：
首先，收集各用油部件的供油需求，并对发动机润滑系统进行一维分析，判断低速恶劣工况(例如高温低速工况)油压是否满足需求，当油压不满足需求，则加大最大转排量，如果油压满足需求，则逐渐降低油压，直至确定满足各用油部件在高温低速工况下所需求的最低转排量，并将最低转排量作为变排量机油泵30的最大转排量。
其次，当各用油部件的油压满足需求后，设定较低的高低压目标值继续一维分析，并判断高低压目标值是否满足用油的最低需求，如果不满足用油需求，则调高目标值，如果满足用油需求则确定高、低压目标值，之后维持仿真计算模型低压运行继续一维分析。
最后，扫点计算发动机多个工作点，计算不同工况的油压是否满足需求，如果满足需求，且该工作点位于低压工作区，如果不满足需求，且该工作点位于高压工作区，计算完所有工作点即可确定高低压控制区间MAP，进而完成变排量机油泵控制策略的确定。
本发明的变排量机油泵控制策略的确定方法通过仿真分析手段确定变排量机油泵30的最大转排量、低压目标值、高压目标值以及低压工作区和高压工作区策略MAP，实现发动机润滑系统按需供油，保证发动机可靠性的同时，降低变排量机油泵30的轴功消耗，同时能在项目开发前期定义变排量机油泵30的控制策略，极大的降低了后期试验标定的难度，有效缩短项目开发周期。而且发动机的工作区间定义更加精细化，有效降低油耗。
进一步地，变排量机油泵30建模的方法包括：
利用单体变排量机油泵30在最大转排量时的数据，并基于转排量调节过程变排量机油泵30的泄露量不变的原则，拟合确定变排量机油泵30的泄露量与油温、变排量机油泵30前后压差以及变排量机油泵30转速的关系，并根据该关系换算不同转排量下的容积效率；
对实际油压与目标油压的偏差进行线性(PID)调节控制，获取变排量机油泵30的实际转排量；
向仿真计算模型输入变排量机油泵30的转速；
将上述获得的容积效率、变排量机油泵30的实际转排量以及变排量机油泵30的转速换算成变排量机油泵30的实际供油能力。在本实施例中，变排量机油泵30的最大转排量是由转子外径、滑块内径、转子和滑块的最大偏心距、叶片宽度、叶片高度等参数确定，其表征变排量机油泵30的最大供油能力。
进一步地，变排量机油泵30的实际供油能力＝变排量机油泵30实际转排量×变排量机油泵30转速×容积效率。
进一步地，图2是本发明的发动机润滑系统的仿真计算模型的示意图，图3是本发明的仿真计算模型的各用油部件油压分布的示意图，如图2和图3所示，发动机润滑系统的各用油部件包括集滤器、机油冷却器12、机油滤清器13、油路14、曲轴轴承15、连杆大头轴承16、平衡轴承17、活塞冷却喷嘴18(PCJ)、链条喷嘴、正时链条喷嘴、张紧器、增压器21、凸轮轴承22、可变正时气门23(VVT)、液压挺柱24和真空泵。图3中的线表示转排量；曲线①表示泵后；曲线②表示机油滤清器13后；曲线③表主油道；曲线④表示可变正时气门23后；曲线⑤表示进气侧凸轮轴承22；曲线⑥表示排气侧凸轮轴承22；曲线⑦示增压器21。
进一步地，如图2所示，发动机包括缸盖模型10a和缸体模型10b，缸盖模型10a设置有增压器21、多个可变正时气门23以及多个凸轮轴承22；缸体模型10b设置有多个曲轴轴承15、多个连杆大头轴承16、平衡轴承17、多个活塞冷却喷嘴18、机油冷却器12和机油滤清器13。
进一步地，发动机的常用工作点包括第一工作点、第二工作点和第三工作点，第一工作点为转速1200rpm、负荷3bar，第二工作点为转速1500rpm、负荷8bar，第三工作点转速2000rpm、负荷10bar。在本实施例中，发动机的常用工作还包括至少一个第四工作点、至少一个第五工作点、至少一个第六工作点以及至少一个第七工作点，其中，第四工作点的转速小于1200rpm，负荷小于3bar；第五工作点的转速大于1200rpm，且小于1500rpm，负荷大于3bar，且小于8bar；第六工作点的转速大于1500rpm，且小于2000rpm，负荷大于8bar，且小于10bar；第七工作点的转速大于2000rpm，负荷大于10bar。
进一步地，图4是本发明的用油部件流阻的坐标示意图，如图4所示，对单个用油部件进行试验测试，获取各用油部件的单体性能参数，单体性能参数包括泄露系数和流阻。图4中曲线A为油温90℃的流阻曲线；曲线B为油温140℃的流阻曲线。
进一步地，各用油部件包括轴承类部件，将轴承类部件的直径、宽度、间隙和槽型作为单体性能参数。
进一步地，图5是本发明的发动机扫点计算划分工作区的坐标示意图，如图5所示，仿真计算模型的计算工况为油温70～110℃和130～150℃，例如低油温为90℃，高油温为140℃；负荷为低负荷和全负荷，转速为怠速到设定转速，发动机转速计算步长为300～800rpm，例如计算步长为500rpm。在本实施例中，发动机以转速步长为500rpm，扭矩每间隔10N-m为一个工作点，各多个工作点逐一进行计算分析，确认其油压需求是否满足，以确定该工作点在低压工作区还是高压工作区，从而获得图5中的控制策略MAP图，其中低压工作区的低压目标值为1.8bar，高压工作区的高压目标值为4bar，但并不以此为限。
进一步地，变排量机油泵控制策略的确定方法采用CAE软件进行仿真计算。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种变排量机油泵控制策略的确定方法，其特征在于，所述方法包括：
根据发动机润滑系统中的变排量机油泵、各用油部件与油路的关系以及各所述用油部件的单体性能参数建立仿真计算模型；
确定满足各所述用油部件在高温低速工况下所需求的最低转排量，并将所述最低转排量作为所述变排量机油泵的最大转排量；
确定满足发动机常用工作点油压需求所需维持的主油道最低油压值，并将该值作为所述变排量机油泵的低压目标值；
确定满足活塞冷却喷油嘴流量需求和轴承高速油压需求所需维持的所述主油道最低油压值，并将该值作为所述变排量机油泵的高压目标值；
所述发动机包括低压工作区和高压工作区，对所述发动机的多个工作点进行计算，并以轴承润滑需求、所述用油部件中的液压部件的油压需求以及所述活塞冷却喷油嘴流量需求作为边界，将油压满足需求的工作点划分在所述低压工作区，将油压不满足需求的工作点划分在所述高压工作区。
2.如权利要求1所述的变排量机油泵控制策略的确定方法，其特征在于，所述变排量机油泵建模的方法包括：
利用单体所述变排量机油泵在最大转排量时的数据，并基于转排量调节过程所述变排量机油泵的泄露量不变的原则，拟合确定所述变排量机油泵的泄露量与油温、所述变排量机油泵前后压差以及所述变排量机油泵转速的关系，并根据该关系换算不同转排量下的容积效率；
对实际油压与目标油压的偏差进行线性调节控制，获取所述变排量机油泵的实际转排量；
向所述仿真计算模型输入所述变排量机油泵的转速；
将获得的所述容积效率、所述变排量机油泵的实际转排量以及所述变排量机油泵的转速换算成所述变排量机油泵的实际供油能力。
3.如权利要求2所述的变排量机油泵控制策略的确定方法，其特征在于，所述变排量机油泵的实际供油能力＝所述变排量机油泵实际转排量×所述变排量机油泵转速×容积效率。
4.如权利要求1所述的变排量机油泵控制策略的确定方法，其特征在于，所述发动机润滑系统的各用油部件包括集滤器、机油冷却器、机油滤清器、油路、曲轴轴承、连杆大头轴承、平衡轴承、活塞冷却喷嘴、链条喷嘴、正时链条喷嘴、张紧器、增压器、凸轮轴承、可变正时气门、液压挺柱和真空泵。
5.如权利要求4所述的变排量机油泵控制策略的确定方法，其特征在于，所述发动机包括缸盖模型和缸体模型，所述缸盖模型设置有所述增压器、多个所述可变正时气门以及多个所述凸轮轴承；所述缸体模型设置有多个所述曲轴轴承、多个所述连杆大头轴承、所述平衡轴承、多个所述活塞冷却喷嘴、所述机油冷却器和所述机油滤清器。
6.如权利要求1所述的变排量机油泵控制策略的确定方法，其特征在于，所述发动机的常用工作点包括第一工作点、第二工作点和第三工作点，所述第一工作点为转速1200rpm、负荷3bar，所述第二工作点为转速1500rpm、负荷8bar，所述第三工作点为转速2000rpm、负荷10bar。
7.如权利要求1所述的变排量机油泵控制策略的确定方法，其特征在于，对单个所述用油部件进行试验测试，获取各所述用油部件的单体性能参数，所述单体性能参数包括泄露系数和流阻。
8.如权利要求7所述的变排量机油泵控制策略的确定方法，其特征在于，各所述用油部件包括轴承类部件，将所述轴承类部件的直径、宽度、间隙和槽型作为单体性能参数。
9.如权利要求1所述的变排量机油泵控制策略的确定方法，其特征在于，所述仿真计算模型的计算工况为油温70～110℃和130～150℃，负荷为低负荷和全负荷，转速为怠速到设定转速，所述发动机转速计算步长为300～800rpm。
10.如权利要求1所述的变排量机油泵控制策略的确定方法，其特征在于，所述方法采用CAE软件进行仿真计算。
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