某柴油機潤滑系統優化設計仿真計算

蘭劍，王宏大,胡必謙，胡志勝

(安徽江淮汽車股份有限公司技術中心,安徽合肥 230601)

某柴油機潤滑系統優化設計仿真計算

蘭劍，王宏大,胡必謙，胡志勝

(安徽江淮汽車股份有限公司技術中心,安徽合肥 230601)

基于Flowmaster軟件建立某型柴油機潤滑系統的一維仿真模型。模擬該發動機的油壓分布狀況，將計算結果與試驗數據進行對比分析。優化計算模型，模擬潤滑系統更改后的油壓分布狀況，評估潤滑系統設計更改的可行性。

發動機；潤滑系統；機油壓力

0 引言

潤滑系統壓力分布是判斷發動機潤滑系統工作性能的關鍵參數，同時也是發動機安全監控的重要指標[1]。如果發動機潤滑系統油壓過低，將會對發動機造成很大的損害，甚至會使發動機提前報廢。

文中所計算的發動機為四缸柴油機，根據設計，需要在缸體與缸蓋油道間增加一個直徑2 mm的鏈潤滑油道，因此需要評估設計更改對潤滑系統的影響。

基于一維流體分析軟件Flowmaster建立該柴油機潤滑系統一維計算模型。首先對原狀態進行計算分析，將計算結果與試驗結果進行對比分析，驗證計算模型的準確性。然后對整改的設計模型進行分析，評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壓力。其中原潤滑系統為方案A，整改后潤滑系統為方案B。

1 一維仿真模型的建立

1.1 潤滑系統流程圖

使用Flowmaster軟件對發動機潤滑系統各點機油壓力進行計算分析，建立潤滑系統模型。根據圖1所示的潤滑系統流程圖，使用Flowmaster建立計算模型，計算潤滑系統油壓分布狀況。根據潤滑系統設計原理，利用一維流體計算軟件Flowmaster搭建文中計算所涉及潤滑系統，如圖1所示。

1.2 潤滑系統模型建立

依據潤滑系統原理圖所構建計算模型如圖2所示。

在發動機潤滑系統分析中，首先需要明確所分析機型的潤滑系統結構，根據系統結構確定所需的潤滑元件和需要的邊界數據。

整個潤滑系統由供油系統和用油部件組成，用油部件主要包含主軸承、增壓器、進排氣凸輪軸等，其中以上所述部件均依靠供油系統提供的高壓潤滑油進行潤滑，即所謂的壓力潤滑。

1.3 模型解析

供油系統主要由油底殼、機油集濾器、機油泵、泄壓閥和機油濾清器組成，其中機油泵是整個潤滑系統的動力源，機油泵由發動機驅動，隨發動機機轉速的提升機油泵的供油能力增強。因此在發動機潤滑系統分析中，主要考慮怠速工況時系統的油壓能否滿足發動機的運行需求即可。

1.4 參數確定

該柴油機機油泵為齒輪式機油泵，機油泵的供油能力為0.016 L/r，機油泵與發動機的轉速比為1.2∶1。

增壓器、真空泵只需輸入相關的機油流阻數據即可。

軸承類元件的直徑和間隙會對機油的消耗量和系統的油壓產生顯著影響。

1.3.2 肺動脈收縮壓（PAPs）檢測 在治療前后應用彩色多普勒儀測定與計算三尖瓣區最大返流速度（Vmax）和肺動脈壓（PAPs），測定3次取平均值。

該柴油機活塞冷卻噴嘴的開啟壓力為0.22 MPa。

2 計算結果分析

2.1 結果對比

為保證計算結果的準確，此次分析首先將原模型計算結果與試驗進行對比。根據發動機的運行工況，此次分析主要對油溫為100 ℃，發動機轉速為750、1 000、1 500、2 000、2 500和3 000 r/min時的工況進行計算分析。

圖3為試驗所得主油道油壓與計算所得結果之間的對照圖。可以看出:隨著發動機轉速的增加,試驗與計算的油壓均不斷增加，二者的變化趨勢相同，且相同轉速下計算與試驗所得油壓差別不大，說明文中的計算模型和模型參數準確可靠。

2.2 壓力分布計算結果

根據設計要求，在發動機缸體與缸蓋油道間增加直徑為2 mm的鏈潤滑油出口，通過計算分析評估系統油壓是否符合發動機運行需求，從而確定2 mm直徑是否符合要求。

從計算結果可以看出：整改后系統的油壓小于整改前。其中，發動機轉速750～1 500 r/min時，整改前后系統油壓的差別呈增大的趨勢；而發動機轉速1 500～3 000 r/min時，整改前后系統油壓的差別呈減小趨勢。原因分析：方案B在方案A基礎上增加機油泄流孔，相同工況下機油的泄流量增加，導致系統的油壓降低，從而出現方案B的油壓低于方案A；方案B鏈潤滑管路設計為直徑為2 mm、長度為8 mm的管路，發動機低轉速(<1 500 r/min)時，隨發動機轉速增加，鏈潤滑管路的機油流量迅速增加，達到1 500 r/min時流量達到鏈潤滑管路的流通極限，當發動機高轉速(>1 500 r/min)時，受鏈潤滑管路流通能力的限制，隨發動機轉速增加，鏈潤滑管路機油流量變化很小，從而出現以上壓差分布狀況。

圖8顯示不同轉速下鏈潤滑出口的機油流量。

從圖8可以看出：發動機低轉速(<1 500 r/min)時，隨發動機轉速增加，鏈潤滑管路的機油流量迅速增加;而發動機高轉速(>1 500 r/min)時，隨發動機轉速增加鏈潤滑管路的機油流量變化很小。且系統流量越大，該鏈潤滑管路對系統的影響越小，從而引起圖4—7的壓差分布狀況。

從計算結果來看:增加鏈潤滑管路后，系統的油壓降低，但當發動機怠速750 r/min、系統油溫為120 ℃時，主油道油壓約為0.202 MPa，大于0.18 MPa的油壓要求，說明系統的整改能夠滿足發動機的運行需求。

3 結束語

(1)對某型柴油機潤滑系統進行分析，分析不同工況下系統的壓力分配，并通過試驗驗證仿真的準確性。基于基本模型，對潤滑系統的整改進行仿真，確定潤滑系統的整改具有可行性；

(2)在潤滑系統中增加機油潤滑部件，將會降低系統的機油壓力,因此在潤滑系統整改設計中應對潤滑部件的泄流能力進行確認分析；

(3)在發動機潤滑系統設計中，CFD分析可以為潤滑系統的設計提供理論依據，保證設計工作的準確可靠。

【1】蘇立超,劉振俠,呂亞國.航空發動機潤滑系統滑油壓力仿真計算[J].科學技術與工程，2012,12(1)：97-101,136.

【2】王憲成,張更云.車用內燃機學[M].北京:兵器工業出版社,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，學士，助理工程師,從事發動機設計與研發工作。E-mail：dcs_jszx@jac.com.cn。