FSAE-华汽车队自主制造赛车干式油底壳

传统发动机采用的是湿式润滑系统,在赛车和跑车上,为了降低赛车质心(质量中心)以及提高极限时候的润滑效果,普遍采用干式润滑系统。

湿式润滑系统的油底壳,布置在发动机曲轴下面,用于储备机油,与发动机安装成一体,构成曲轴箱,同时起到密封、散热、防止润滑油变质的作用。也因此,提高了整车的质心。

在发动机运转时,曲轴运转一周,曲轴曲拐和连杆大头就会浸入油底壳的润滑油里面润滑一次,同时在的发动机高速运转时,曲拐会溅起油雾以润滑曲轴和轴瓦等部件。但是,在发动机高速运转、汽车高速拐弯和飘移等情况下,油底壳内的润滑油会因为重心集中而聚集在某一处,而使得发动机部分零件的润滑效果减弱。这样,极有可能因为润滑问题而使得发动机报废。

所以,对于赛车来说,使用干式油底润滑系统就显得极为重要

下面,我们就以华南理工大学广州学院FSAE-华汽车队的大学生方程式赛车来解析一下,如何进行干式油底壳的改装。

FSAE-华汽车队自主制造赛车干式油底壳

图:FSAE-华汽车队赛车的干式润滑系统。

采用发动机型号本田CBR600

发动机原始动力参数:

•引擎形式:水冷直列四缸DOHC

•排量:599cc

压缩比:12.2:1

最大马力:88.4匹/10,500转

最大扭力:7.14公斤•米/8,500转

•6速序列式变速箱,多片式湿式离合器

•进气门早开晚闭角:22度、43度

 排气门早开晚闭角:40度、5度

•变速箱齿比:2.666:1(1st)1.937(2nd)1.611(3rd)1.409:1(4th )1.261:1(5th) 1.166:1(6th)

FSAE-华汽车队自主制造赛车干式油底壳

图:FSAE-华汽车队2015赛季赛车Ambition4。

中国大学生方程式汽车大赛规则要求发动机加装20mm限流阀,最大功率只能达到50多千瓦。在2015赛季中,华汽车队加装了废气涡轮增压系统,发动机最大功率达到了69Kw/12000rpm。

FSAE-华汽车队自主制造赛车干式油底壳

图:本田CBR600发动机原装湿式油底壳,高度107mm。

FSAE-华汽车队自主制造赛车干式油底壳

图:改装后的干式油底壳,高度35mm。

干式油底壳装有少量的机油,而所需要润滑的大量的机油,则装于机体外设的专用机油罐之中。

发动机机体下部虽然只有个小型的贮油室,但流回的机油能够被吸油泵不断地送至油箱,再由机油泵加压后经机油滤清器、冷却器、主油道到达各个运动部件的摩擦表面,润滑后流回贮油室。因此,干式油底壳内的机油是通过外置油泵来完成机油的循环流动

外置油泵消耗的动力来源于发动机,相比湿式润滑系统,干式润滑系统油泵所需要的动力输入更大,特别是在高转速的情况下。对于民用车来说,这不仅会影响发动机动力的输出,而且不利于经济性。所以,一般民用车都是使用湿式润滑系统。

FSAE-华汽车队自主制造赛车干式油底壳

图:该设计润滑系统使用的Dailey三阶段油泵。

干式润滑的方式虽然比较复杂点儿,还有改装后整车质量会上升,但是因为机油不在贮油室久留,可避免缸内高温高压燃气的侵袭与腐蚀,从而防止了机油过早被氧化变质。

在设计油底壳时候,考虑到干式油底壳要与发动机的缸体配合无间隙,所以华汽车队对原装油底壳的轮廓进行三维逆向扫描,在利用CATIA建模。考虑到赛车在比赛的时候的路况多为加速和多弯,为了加快回油速度,所以两个回油口靠后布置。油盘采用了优质铝通过数控加工完成。

机油罐在综合轻量化与成本的考虑后,华汽车队选用了铝板钣金。为了美观,华汽车队还对机油罐做了阳极氧化处理。赛车的0到75米直线加速在设计阶段的估计是4s左右,为了满足发动机在高转速下机油能够顺利完成循环,在机油贮备容积上,我们保守取了3.5L。

FSAE-华汽车队自主制造赛车干式油底壳

图:Ambition4整车布置局部图。

机油罐的开口位置与机油圆柱体相切,机油沿着壁面流到罐内,有利于机油油气分离,减少高温机油垂直冲击产生的气泡。为了更好的观察油液的高度,视油管采用透明胶管。

FSAE-华汽车队自主制造赛车干式油底壳

图:油饼的建模图。

考虑到没有使用原装油泵,为了避免集滤器口定位难度大和减少了加工工序,设计了油饼。油饼与机油滤清器连接使用。

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