某柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真計(jì)算

蘭劍，王宏大,胡必謙，胡志勝

(安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心,安徽合肥 230601)

某柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真計(jì)算

蘭劍，王宏大,胡必謙，胡志勝

(安徽江淮汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心,安徽合肥 230601)

基于Flowmaster軟件建立某型柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)的一維仿真模型。模擬該發(fā)動(dòng)機(jī)的油壓分布狀況，將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。優(yōu)化計(jì)算模型，模擬潤(rùn)滑系統(tǒng)更改后的油壓分布狀況，評(píng)估潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)更改的可行性。

發(fā)動(dòng)機(jī)；潤(rùn)滑系統(tǒng)；機(jī)油壓力

0 引言

潤(rùn)滑系統(tǒng)壓力分布是判斷發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)工作性能的關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)也是發(fā)動(dòng)機(jī)安全監(jiān)控的重要指標(biāo)[1]。如果發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)油壓過(guò)低，將會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成很大的損害，甚至?xí)拱l(fā)動(dòng)機(jī)提前報(bào)廢。

文中所計(jì)算的發(fā)動(dòng)機(jī)為四缸柴油機(jī)，根據(jù)設(shè)計(jì)，需要在缸體與缸蓋油道間增加一個(gè)直徑2 mm的鏈潤(rùn)滑油道，因此需要評(píng)估設(shè)計(jì)更改對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的影響。

基于一維流體分析軟件Flowmaster建立該柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)一維計(jì)算模型。首先對(duì)原狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算分析，將計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證計(jì)算模型的準(zhǔn)確性。然后對(duì)整改的設(shè)計(jì)模型進(jìn)行分析，評(píng)估整改方案的可行性。

為方便闡述，文中所涉及的壓力均為絕對(duì)壓力。其中原潤(rùn)滑系統(tǒng)為方案A，整改后潤(rùn)滑系統(tǒng)為方案B。

1 一維仿真模型的建立

1.1 潤(rùn)滑系統(tǒng)流程圖

使用Flowmaster軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)各點(diǎn)機(jī)油壓力進(jìn)行計(jì)算分析，建立潤(rùn)滑系統(tǒng)模型。根據(jù)圖1所示的潤(rùn)滑系統(tǒng)流程圖，使用Flowmaster建立計(jì)算模型，計(jì)算潤(rùn)滑系統(tǒng)油壓分布狀況。根據(jù)潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，利用一維流體計(jì)算軟件Flowmaster搭建文中計(jì)算所涉及潤(rùn)滑系統(tǒng)，如圖1所示。

1.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)模型建立

依據(jù)潤(rùn)滑系統(tǒng)原理圖所構(gòu)建計(jì)算模型如圖2所示。

在發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)分析中，首先需要明確所分析機(jī)型的潤(rùn)滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定所需的潤(rùn)滑元件和需要的邊界數(shù)據(jù)。

整個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)由供油系統(tǒng)和用油部件組成，用油部件主要包含主軸承、增壓器、進(jìn)排氣凸輪軸等，其中以上所述部件均依靠供油系統(tǒng)提供的高壓潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑，即所謂的壓力潤(rùn)滑。

1.3 模型解析

供油系統(tǒng)主要由油底殼、機(jī)油集濾器、機(jī)油泵、泄壓閥和機(jī)油濾清器組成，其中機(jī)油泵是整個(gè)潤(rùn)滑系統(tǒng)的動(dòng)力源，機(jī)油泵由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，隨發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速的提升機(jī)油泵的供油能力增強(qiáng)。因此在發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)分析中，主要考慮怠速工況時(shí)系統(tǒng)的油壓能否滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行需求即可。

1.4 參數(shù)確定

該柴油機(jī)機(jī)油泵為齒輪式機(jī)油泵，機(jī)油泵的供油能力為0.016 L/r，機(jī)油泵與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速比為1.2∶1。

增壓器、真空泵只需輸入相關(guān)的機(jī)油流阻數(shù)據(jù)即可。

軸承類元件的直徑和間隙會(huì)對(duì)機(jī)油的消耗量和系統(tǒng)的油壓產(chǎn)生顯著影響。

1.3.2 肺動(dòng)脈收縮壓（PAPs）檢測(cè) 在治療前后應(yīng)用彩色多普勒儀測(cè)定與計(jì)算三尖瓣區(qū)最大返流速度（Vmax）和肺動(dòng)脈壓（PAPs），測(cè)定3次取平均值。

該柴油機(jī)活塞冷卻噴嘴的開(kāi)啟壓力為0.22 MPa。

2 計(jì)算結(jié)果分析

2.1 結(jié)果對(duì)比

為保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確，此次分析首先將原模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工況，此次分析主要對(duì)油溫為100 ℃，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為750、1 000、1 500、2 000、2 500和3 000 r/min時(shí)的工況進(jìn)行計(jì)算分析。

圖3為試驗(yàn)所得主油道油壓與計(jì)算所得結(jié)果之間的對(duì)照?qǐng)D?？梢钥闯?隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加,試驗(yàn)與計(jì)算的油壓均不斷增加，二者的變化趨勢(shì)相同，且相同轉(zhuǎn)速下計(jì)算與試驗(yàn)所得油壓差別不大，說(shuō)明文中的計(jì)算模型和模型參數(shù)準(zhǔn)確可靠。

2.2 壓力分布計(jì)算結(jié)果

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在發(fā)動(dòng)機(jī)缸體與缸蓋油道間增加直徑為2 mm的鏈潤(rùn)滑油出口，通過(guò)計(jì)算分析評(píng)估系統(tǒng)油壓是否符合發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行需求，從而確定2 mm直徑是否符合要求。

從計(jì)算結(jié)果可以看出：整改后系統(tǒng)的油壓小于整改前。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速750～1 500 r/min時(shí)，整改前后系統(tǒng)油壓的差別呈增大的趨勢(shì)；而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1 500～3 000 r/min時(shí)，整改前后系統(tǒng)油壓的差別呈減小趨勢(shì)。原因分析：方案B在方案A基礎(chǔ)上增加機(jī)油泄流孔，相同工況下機(jī)油的泄流量增加，導(dǎo)致系統(tǒng)的油壓降低，從而出現(xiàn)方案B的油壓低于方案A；方案B鏈潤(rùn)滑管路設(shè)計(jì)為直徑為2 mm、長(zhǎng)度為8 mm的管路，發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速(<1 500 r/min)時(shí)，隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，鏈潤(rùn)滑管路的機(jī)油流量迅速增加，達(dá)到1 500 r/min時(shí)流量達(dá)到鏈潤(rùn)滑管路的流通極限，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速(>1 500 r/min)時(shí)，受鏈潤(rùn)滑管路流通能力的限制，隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，鏈潤(rùn)滑管路機(jī)油流量變化很小，從而出現(xiàn)以上壓差分布狀況。

圖8顯示不同轉(zhuǎn)速下鏈潤(rùn)滑出口的機(jī)油流量。

從圖8可以看出：發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速(<1 500 r/min)時(shí)，隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，鏈潤(rùn)滑管路的機(jī)油流量迅速增加;而發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速(>1 500 r/min)時(shí)，隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加鏈潤(rùn)滑管路的機(jī)油流量變化很小。且系統(tǒng)流量越大，該鏈潤(rùn)滑管路對(duì)系統(tǒng)的影響越小，從而引起圖4—7的壓差分布狀況。

從計(jì)算結(jié)果來(lái)看:增加鏈潤(rùn)滑管路后，系統(tǒng)的油壓降低，但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速750 r/min、系統(tǒng)油溫為120 ℃時(shí)，主油道油壓約為0.202 MPa，大于0.18 MPa的油壓要求，說(shuō)明系統(tǒng)的整改能夠滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行需求。

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)對(duì)某型柴油機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行分析，分析不同工況下系統(tǒng)的壓力分配，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證仿真的準(zhǔn)確性?；诨灸Ｐ停瑢?duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的整改進(jìn)行仿真，確定潤(rùn)滑系統(tǒng)的整改具有可行性；

(2)在潤(rùn)滑系統(tǒng)中增加機(jī)油潤(rùn)滑部件，將會(huì)降低系統(tǒng)的機(jī)油壓力,因此在潤(rùn)滑系統(tǒng)整改設(shè)計(jì)中應(yīng)對(duì)潤(rùn)滑部件的泄流能力進(jìn)行確認(rèn)分析；

(3)在發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，CFD分析可以為潤(rùn)滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，保證設(shè)計(jì)工作的準(zhǔn)確可靠。

【1】蘇立超,劉振俠,呂亞國(guó).航空發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)滑油壓力仿真計(jì)算[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2012,12(1)：97-101,136.

【2】王憲成,張更云.車(chē)用內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京:兵器工業(yè)出版社,2006.

SimulationontheLubricationSystemofDieselEngine

LAN Jian,WANG Hongda,HU Biqian,HU Zhisheng

(Anhui Jianghuai Automobile Co.,Ltd.,Hefei Anhui 230601,China)

By using flowmaster software, carried out 1D numerical simulation of one diesel engine lubrication system was built. The pressure distribution of this engine was simulated, then the simulation results were compared with test data. At last, the pressure distribution of the optimized model was simulated in order to evaluate its feasibility.

Engine; Lubrication system; Oil pressure

2015-01-12

蘭劍(1987—)，男，學(xué)士，助理工程師,從事發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)與研發(fā)工作。E-mail：dcs_jszx@jac.com.cn。