張長嶺，劉福水，商海昆，王沛，張錚，王

（1.北京比特英泰動(dòng)力技術(shù)有限公司，北京100081；2.北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院，北京100081；3.河北華北柴油機(jī)有限責(zé)任公司，河北石家莊050081）

高原地區(qū)柴油機(jī)機(jī)油流動(dòng)損失仿真與試驗(yàn)研究

張長嶺1，劉福水2，商海昆3，王沛2，張錚2，王3

（1.北京比特英泰動(dòng)力技術(shù)有限公司，北京100081；2.北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院，北京100081；3.河北華北柴油機(jī)有限責(zé)任公司，河北石家莊050081）

針對某些柴油機(jī)在高原地區(qū)出現(xiàn)的機(jī)油壓力偏低問題，通過試驗(yàn)測試、理論分析與計(jì)算流體力學(xué)仿真，對潤滑系統(tǒng)各處的機(jī)油流動(dòng)損失進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：環(huán)境壓力影響整個(gè)油路的基礎(chǔ)壓力，隨著海拔的升高，壓油泵前壓力隨環(huán)境壓力等量降低，導(dǎo)致泵前機(jī)油汽化出現(xiàn)了吸空現(xiàn)象，使得機(jī)油質(zhì)量流量下降，主油道壓力明顯降低；流量一定時(shí)，隨著管徑的增加管路流動(dòng)損失逐漸降低，但流動(dòng)損失變化率逐漸變小，直角彎頭對流動(dòng)損失影響很大，當(dāng)彎管半徑與管道半徑大于1.5后，流動(dòng)損失變化趨于平緩。試驗(yàn)表明：采用改進(jìn)方案后，在低轉(zhuǎn)速區(qū)域，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力增加30%左右，中、高轉(zhuǎn)速的機(jī)油壓力提高50%以上。

動(dòng)力機(jī)械工程；高原；潤滑系統(tǒng)；主油道壓力；試驗(yàn)

0　引言

我國是世界上高原海拔最高、面積最大的國家，高原地區(qū)特殊的氣候環(huán)境，對車輛柴油機(jī)的使用造成嚴(yán)重影響，導(dǎo)致柴油機(jī)出現(xiàn)啟動(dòng)困難、功率下降、燃油消耗量增加及主油道機(jī)油壓力報(bào)警等問題［1］。隨著高原邊境形式愈加嚴(yán)峻，國防對裝甲車輛的機(jī)動(dòng)性及快速反應(yīng)能力要求也愈加嚴(yán)格。

眾所周知，柴油機(jī)潤滑系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要系統(tǒng)之一，主要功能是供給發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)摩擦副適當(dāng)壓力和流量的機(jī)油，保證良好的潤滑、冷卻散熱和清潔磨粒的作用，還可增加活塞與活塞環(huán)的密封性。在有些情況下，它對受熱零件進(jìn)行冷卻，如通過活塞噴嘴向活塞噴油達(dá)到冷卻活塞的作用。潤滑系統(tǒng)性能的好壞，是影響發(fā)動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)和壽命的主要因素之一。主油道壓力是衡量發(fā)動(dòng)機(jī)潤滑系統(tǒng)工作狀態(tài)的重要指標(biāo)。機(jī)油壓力過低會導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力報(bào)警，發(fā)動(dòng)機(jī)無法正常工作。更嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致潤滑效果不良，進(jìn)而使機(jī)械損失和零件磨損增大，動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性下降。因此，開展柴油機(jī)高海拔機(jī)油壓力的研究，對改善柴油機(jī)高原適應(yīng)性，提高高原機(jī)動(dòng)能力與運(yùn)輸能力具有重要意義［2］。

在高原地區(qū)，經(jīng)常出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主油道機(jī)油壓力不升反降的情況。本文針對高原工況下柴油機(jī)潤滑系統(tǒng)的壓力特性進(jìn)行了分析，提出高原機(jī)油壓力低問題的解決方案。

1　機(jī)油壓力特性分析

1.1高原試車試驗(yàn)結(jié)果分析

某型號柴油機(jī)在高原地區(qū)進(jìn)行整車試車試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)機(jī)油壓力報(bào)警現(xiàn)象。圖1為不同溫度下的主油道壓力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，圖1中主油道壓力為相對壓力，由圖1可以看出，主油道壓力在轉(zhuǎn)速1 300 r/min以前呈線性增加，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過1 300 r/min時(shí)，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高機(jī)油壓力趨于平緩，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過1 900 r/min時(shí)機(jī)油壓力不增反降；隨著機(jī)油溫度的提高，機(jī)油壓力明顯下降。報(bào)警發(fā)生在機(jī)油溫度升高以后。機(jī)油報(bào)警發(fā)生后，先后對機(jī)油粘度、閃點(diǎn)進(jìn)行了測量，對機(jī)油濾進(jìn)行了解剖檢查，對電子控制單元（ECU）的控制軟件、機(jī)油壓力傳感器進(jìn)行了檢查，對油箱與發(fā)動(dòng)機(jī)連接的機(jī)油管進(jìn)行了檢查，可以排除發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)故障導(dǎo)致機(jī)油壓力報(bào)警的可能［3-5］。由于發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定后，機(jī)油溫度基本保持在100℃左右，因此不再考慮溫度的影響。下面主要對主油道機(jī)油壓力的影響因素作進(jìn)一步研究。

圖1　不同溫度下主油道機(jī)油壓力試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比Fig.1 Comparison of mail oil pressures at various temperatures

1.2主油道壓力影響因素理論分析

柴油機(jī)干式油底殼潤滑系統(tǒng)一般由機(jī)油箱、油底殼、壓油泵、回油泵、機(jī)油散熱器、機(jī)油濾清器等外部組件和機(jī)油管道、各種軸承、活塞冷卻噴嘴等內(nèi)部組件構(gòu)成。

圖2　柴油機(jī)潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.2 Structure diagram of diesel engine lubrication system

柴油機(jī)干式油底殼潤滑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示，為了分析方便，圖2中標(biāo)出關(guān)鍵部位的機(jī)油壓力，其中p0為環(huán)境壓力，p為主油道尾端壓力，p1為壓油泵前壓力，p2為壓油泵后壓力，Δp1為機(jī)油箱至壓油泵前外接管路流動(dòng)損失，Δp2為壓油泵體內(nèi)部（即泵入口至齒輪前）流動(dòng)損失，Δp3為壓油泵后至主油道前各零部件阻力及內(nèi)部油路導(dǎo)致的流動(dòng)損失，Δp4為各摩擦副的軸承間隙導(dǎo)致的機(jī)油泄露損失。由發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理及流體力學(xué)可推導(dǎo)出主油道壓力p的關(guān)系式：

綜合（1）式～（3）式得

式中：pH為壓油泵壓力。

由（4）式可知影響p的主要因素為環(huán)境壓力、機(jī)油泵的性能、流經(jīng)相關(guān)零部件的阻力損失以及油路中的流動(dòng)損失和機(jī)油泄漏損失。下面討論每一項(xiàng)影響因素對主油道壓力的影響規(guī)律：

1）環(huán)境壓力p0的影響。環(huán)境壓力越低，導(dǎo)致整個(gè)油路的基礎(chǔ)壓力下降，使得主油道壓力隨著環(huán)境壓力等量下降。運(yùn)轉(zhuǎn)正常的發(fā)動(dòng)機(jī)在高原地區(qū)工作時(shí)，其主油道壓力也會隨環(huán)境壓力的下降而等量下降。因此應(yīng)用于高原地區(qū)的柴油機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)為主油道壓力留出足夠的裕度。

2）壓油泵前管路Δp1與Δp2的影響。這兩部分的流動(dòng)損失為管道中的沿程損失和局部損失，主要與機(jī)油流量、機(jī)油溫度、管路的幾何結(jié)構(gòu)和壓油泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。這部分流動(dòng)損失不僅影響到主油道壓力，而且影響壓油泵前壓力，如果環(huán)境壓力過低，有可能導(dǎo)致泵前出現(xiàn)吸空，影響機(jī)油泵性能，使主油道壓力進(jìn)一步降低。

3）柴油機(jī)內(nèi)部油路Δp3.這部分流動(dòng)損失直接影響到主油道壓力，內(nèi)部油路流動(dòng)損失主要與機(jī)油流量、機(jī)油溫度及相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)有關(guān)。

4）機(jī)油泄露Δp4的影響。機(jī)油泄漏損失不僅與機(jī)油流量和機(jī)油溫度有關(guān)，還與環(huán)境壓力有關(guān)，環(huán)境壓力越低，主油道壓力與環(huán)境壓力的壓差相應(yīng)增加，機(jī)油泄漏損失隨之增加［6］。

5）壓油泵壓力pH的影響。壓油泵壓力指的是它的輸出壓力，正常工作狀態(tài)下，壓油泵工作壓力取決于外部負(fù)載的大小。但如果在非正常工作狀態(tài)下，例如泵前負(fù)壓過大導(dǎo)致泵前出現(xiàn)汽化現(xiàn)象，將會影響到機(jī)油泵的工作性能，使其無法在泵后建立起壓力。

通過以上分析可知，當(dāng)柴油機(jī)在高原地區(qū)工作時(shí)，主要影響的是環(huán)境壓力p0.隨著海拔高度的升高，環(huán)境壓力p0隨之降低，機(jī)油泄露Δp4也會相應(yīng)地增加。隨著p0的降低，泵前壓力降低。當(dāng)泵前壓力降低到一定值時(shí)，導(dǎo)致泵前機(jī)油汽化，使壓油泵無法正常工作，從而使主油道壓力進(jìn)一步降低。因此，抑制高原環(huán)境下吸空現(xiàn)象的發(fā)生是潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

所謂吸空現(xiàn)象是指泵前液體處于低壓高溫時(shí)，分子的動(dòng)能加大，在壓力接近汽化壓力時(shí)，一部分動(dòng)能較大的液體分子擺脫其他液體分子的吸引，逸出液面發(fā)生汽化，油泵吸入的是液體與氣體的混合物，機(jī)油質(zhì)量流量下降，泵后壓力降低［7-8］。

為了驗(yàn)證泵前壓力變化對主油道壓力的影響，進(jìn)行了兩種直徑（φ35 mm和φ50 mm）的泵前管路對比試驗(yàn)。圖3為不同管徑下泵前壓力和泵后壓力隨轉(zhuǎn)速的變化曲線。

圖3　不同管徑下泵前壓力和泵后壓力隨轉(zhuǎn)速的變化曲線Fig.3 Variation curves of pump inlet and outlet pressures at different engine rotating speeds

由圖3可知，φ35 mm管徑的泵前壓力隨著轉(zhuǎn)速的升高而下降、泵后壓力隨轉(zhuǎn)速的升高而增加，但當(dāng)轉(zhuǎn)速升高至2 100 r/min時(shí)，泵前壓力不再下降、泵后壓力也不再增加；φ50 mm管徑下的泵前壓力和泵后壓力有相似變化規(guī)律，但拐點(diǎn)轉(zhuǎn)速升高至2 500 r/min.進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，兩種情況拐點(diǎn)處的泵前負(fù)壓均在0.25×105Pa左右。由于泵前壓力的測點(diǎn)距離機(jī)油泵齒輪有300 mm的距離，且泵內(nèi)通道拐彎較多，可以推測機(jī)油泵齒輪前的負(fù)壓會更大。

由上面的分析可知，泵前壓力不再下降的主要原因是由于此時(shí)泵前出現(xiàn)吸空現(xiàn)象，隨著泵前管徑的增加，泵前管路壓力損失減小，使得出現(xiàn)吸空現(xiàn)象的轉(zhuǎn)速升高。試驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了泵前吸空現(xiàn)象是引起主油道壓力大幅度下降的主要原因。

抑制吸空現(xiàn)象的核心是減小泵前的流動(dòng)損失。其中Δp2主要與壓油泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，對這部分結(jié)構(gòu)再次進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)比較困難，而Δp1的優(yōu)化主要與壓油泵前管路結(jié)構(gòu)有關(guān)，相比來說，這部分管路結(jié)構(gòu)優(yōu)化更易實(shí)現(xiàn)。則本文主要研究壓油泵前外接管路流動(dòng)損失對主油道壓力的影響。

2　計(jì)算流體力學(xué)模擬分析

計(jì)算中假設(shè)管道內(nèi)機(jī)油流動(dòng)為穩(wěn)態(tài)、不可壓的黏性湍流流動(dòng)，考慮到本次主要研究壓油泵前外接管路的流動(dòng)損失，其管道壁面與外界熱交換小，將固定壁面設(shè)定為絕熱無滑移。

計(jì)算區(qū)域的邊界條件為：

1）進(jìn)出口邊界設(shè)定。本次研究目的是了解不同流量下的進(jìn)出口流動(dòng)損失，即進(jìn)出口相對壓差。為計(jì)算方便，進(jìn)口邊界設(shè)為質(zhì)量流量，出口邊界設(shè)為靜壓（絕對壓力）1×105Pa.

2）發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，機(jī)油溫度在100℃左右，故本次計(jì)算機(jī)油溫度設(shè)為100℃.

2.1柴油機(jī)機(jī)油泵前管路流動(dòng)損失分析

通過1.2節(jié)中分析，針對該型號柴油機(jī)高原地區(qū)主油道機(jī)油壓力報(bào)警問題。研究外接管路流動(dòng)損失對主油道壓力的影響。應(yīng)用starccm+軟件，建立機(jī)油泵前外接管路網(wǎng)格模型。圖4為所研究的柴油機(jī)機(jī)油泵前管路的幾何結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格模型，其中網(wǎng)格數(shù)量10 000左右，網(wǎng)格類型為多面體網(wǎng)格。

圖4　壓油泵前管路網(wǎng)格模型Fig.4 Mesh model of oil pump front pipeline

圖5為壓油泵流量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系，圖6為外接管路流動(dòng)損失和壓油泵前壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系。由圖5可知，隨著轉(zhuǎn)速的升高，機(jī)油流量隨之增加，管道流動(dòng)損失隨之升高，壓油泵前負(fù)壓也逐漸增加。高原地區(qū)海拔4 500 m左右的環(huán)境壓力僅為60 kPa左右，而該發(fā)動(dòng)機(jī)在2 100 r/min時(shí)泵前壓力幾乎降低為0，此處的泵前壓力為絕對壓力。隨著轉(zhuǎn)速的升高，泵前壓力進(jìn)一步降低，但絕對壓力不可能小于0，僅將壓力設(shè)為0表征此時(shí)泵前壓力已接近于0.此時(shí)機(jī)油溫度為100℃，在這種低壓高溫的狀態(tài)下，泵前機(jī)油肯定出現(xiàn)汽化。

實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油泵前流動(dòng)損失包括三部分：油箱接口處的流動(dòng)損失，外接管路流動(dòng)損失和機(jī)油泵內(nèi)部管路的流動(dòng)損失。本次計(jì)算僅考慮了外接管路流動(dòng)損失的影響，如果考慮到油箱接口處的流動(dòng)損失和機(jī)油泵內(nèi)部管路的流動(dòng)損失這兩項(xiàng)影響因素，泵前壓力會進(jìn)一步降低。因此，壓油泵前開始出現(xiàn)吸空現(xiàn)象的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也會降低。

圖5　壓油泵流量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系Fig.5 Relationship between oil pump flow and engine rotating speed

圖6　機(jī)油壓力與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系Fig.6 Relationship between oil pressure and engine rotating speed

圖7為管道的壓力云圖和速度分布云圖，由壓力分布云圖可以明顯地看出在幾個(gè)直角彎頭處出現(xiàn)強(qiáng)烈的流動(dòng)分離，流速急劇增加，在彎管內(nèi)側(cè)和外側(cè)均出現(xiàn)兩處較大的漩渦，導(dǎo)致局部損失增加。

根據(jù)1.2節(jié)中的分析，可通過減小外接管路的流動(dòng)損失提升泵前壓力。下面研究泵前管路的幾何結(jié)構(gòu)對流動(dòng)損失的影響，主要包括管道直徑、彎管半徑和管道長度對流動(dòng)損失的影響，為下一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供理論依據(jù)。

2.2泵前管路幾何結(jié)構(gòu)對流動(dòng)損失的影響

2.2.1管道直徑對流動(dòng)損失的影響

選取管路長度1 m，不同管道直徑的直管進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬分析，研究管道直徑對管路流動(dòng)損失的影響規(guī)律。

圖8為不同管徑下流動(dòng)損失隨機(jī)油流量的變化關(guān)系，從圖中可以看出，管徑越小，流動(dòng)損失隨流量變化曲線的斜率越大，隨著管徑的增加，流動(dòng)損失隨流量變化曲線的斜率越來越小。

圖7　壓油泵前管路計(jì)算結(jié)果Fig.7 Calculated results of oil pump front pipeline

圖8　不同管徑下流動(dòng)損失與流量的關(guān)系Fig.8 Relationship between pressure loss and engine rotating speed for various pipeline diameters

圖9為在機(jī)油流量一定時(shí)，流動(dòng)損失與管道直徑的關(guān)系。在流量一定時(shí)，隨著管徑的增加，流動(dòng)損失逐漸降低，但流動(dòng)損失變化率逐漸變小。

2.2.2彎管半徑對流動(dòng)損失的影響

選取管徑40 mm圓管中的彎管模型，研究機(jī)油在不同彎管半徑下對流動(dòng)損失的影響規(guī)律。

為了易于管道的設(shè)計(jì)優(yōu)化，采用無量綱因子r/R來描述彎管半徑對流動(dòng)損失的影響，其中r為彎管半徑，R為管道半徑。圖10為不同管徑下彎管半徑對流動(dòng)損失的影響，可以看出，r/R=0時(shí)，即彎管半徑內(nèi)側(cè)與外側(cè)均為直角，對流動(dòng)損失影響很大。當(dāng)r/R大于1.5后，即對彎管處圓滑過渡，此時(shí)流動(dòng)損失變化趨于平緩。隨著管道直徑的增加，彎管半徑的影響逐漸變小。

圖9　一定流量下流動(dòng)損失與管徑的關(guān)系Fig.9 Relationship between pressure loss and engine rotating speed at same flow

圖10　不同r/R時(shí)流動(dòng)損失對比Fig.10 Comparison of pressure losses for various r/R

圖11為不同彎管半徑下的速度云圖，可以看出，流體經(jīng)過直角彎頭處產(chǎn)生強(qiáng)烈的流動(dòng)分離，流速急劇增加，在彎管內(nèi)側(cè)和外側(cè)均出現(xiàn)兩處較大的漩渦，同時(shí)流體流經(jīng)彎管時(shí)外側(cè)速度低于內(nèi)側(cè)，速度差將造成內(nèi)外側(cè)流體質(zhì)點(diǎn)的離心力不同，在離心力差值的作用下向外側(cè)流動(dòng)，造成外側(cè)流體質(zhì)點(diǎn)瞬時(shí)堆積，從而產(chǎn)生沿管子中心由內(nèi)側(cè)向外側(cè)的流動(dòng)。顯然，彎管的曲率半徑越小，彎管內(nèi)外側(cè)的速度差越大，特別是直角彎使得流速急劇增加，造成流體流經(jīng)彎管時(shí)局部損失增大。

由圖10可知，當(dāng)r/R≥1.5時(shí)，隨著內(nèi)側(cè)曲率半徑的增加，拐彎處流速過渡較為平緩。建議外接管道中避免出現(xiàn)直角彎頭，彎管半徑應(yīng)大于2倍的管道半徑。

2.2.3管道長度對流動(dòng)損失的影響

選取長直圓管模型，研究不同管道長度對流體流動(dòng)損失的影響。

圖12為在機(jī)油流量一定時(shí)，流動(dòng)損失與管道長度的關(guān)系。由圖12可知，管道直徑越小，管道流動(dòng)損失隨長度變化的斜率越大，隨著管徑的增加，流動(dòng)損失隨管長的影響逐漸變小。

圖11　不同r/R時(shí)速度分布云圖Fig.11 Velocity distribution for various r/R

圖12　不同管道長度時(shí)流動(dòng)損失對比Fig.12 Comparison of pressure losses for various pipeline lengths

2.3泵前管路幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

經(jīng)過多次試驗(yàn)證明，所研究的發(fā)動(dòng)機(jī)在高原地區(qū)海拔4 500 m時(shí)外接油管的流動(dòng)損失應(yīng)控制在10 kPa以內(nèi)，可以有效抑制吸空現(xiàn)象的發(fā)生，使發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均不出現(xiàn)壓力報(bào)警現(xiàn)象。根據(jù)2.3節(jié)中的分析結(jié)果，提出機(jī)油泵前管路改進(jìn)方案：

1）將泵前管路直徑由原來的32 mm增加至42 mm；

2）避免管路中出現(xiàn)直角彎頭；

3）彎管半徑應(yīng)在42 mm以上。

3　高原試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)上述的改進(jìn)方案，對機(jī)油泵前管路直徑、彎管半徑進(jìn)行改進(jìn)后，再次進(jìn)行了高原試驗(yàn)。兩次高原試驗(yàn)數(shù)據(jù)與平原試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比如圖13所示。

圖13　高原地區(qū)改進(jìn)前后機(jī)油壓力對比Fig.13 Comparison of oil pressures of the improved and original scheme at plateau

由圖13可知，在平原地區(qū)，主油道壓力隨轉(zhuǎn)速變化曲線中1 900 r/min以下線性增加，當(dāng)機(jī)油道壓力接近600 kPa，發(fā)動(dòng)機(jī)開始限制機(jī)油壓力的升高，所以隨著轉(zhuǎn)速升高，機(jī)油壓力保持在600 kPa左右。在高原地區(qū)，采用改進(jìn)方案后，在低轉(zhuǎn)速區(qū)域，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力增加30%左右，中、高轉(zhuǎn)速的機(jī)油壓力有明顯增加，機(jī)油壓力提高50%以上。改進(jìn)后在1 500 r/min左右機(jī)油壓力出現(xiàn)轉(zhuǎn)折，說明沒有徹底解決泵前汽化問題，但機(jī)油壓力已經(jīng)滿足柴油機(jī)工作要求。改進(jìn)后發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力在整個(gè)轉(zhuǎn)速域內(nèi)均在機(jī)油壓力報(bào)警線之上?？梢钥闯鲈跈C(jī)油壓力隨轉(zhuǎn)速線性增加段，即泵前未出現(xiàn)吸空時(shí)，平原地區(qū)主油道壓力也明顯高于高原地區(qū)，這也驗(yàn)證了在1.2節(jié)中的分析，隨著高原地區(qū)環(huán)境壓力的降低，主油道壓力等量下降。

4　結(jié)論

1）環(huán)境壓力影響整個(gè)油路的基礎(chǔ)壓力，隨著海拔的升高，環(huán)境壓力降低，壓油泵前壓力等量降低，導(dǎo)致泵前機(jī)油汽化出現(xiàn)了吸空現(xiàn)象，使得機(jī)油質(zhì)量流量下降，泵后壓力降低，主油道壓力隨之降低。

2）計(jì)算流體力學(xué)分析結(jié)果表明：流量一定時(shí)，隨著管徑的增加，流動(dòng)損失逐漸降低，但流動(dòng)損失變化率逐漸變??；直角彎頭對流動(dòng)損失影響很大，當(dāng)r/R≥1.5后，流動(dòng)損失變化趨于平緩。

3）試驗(yàn)結(jié)果表明：采用改進(jìn)方案后，在低轉(zhuǎn)速區(qū)域，發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力增加30%左右，中、高轉(zhuǎn)速的機(jī)油壓力提高50%以上。

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［1］何星，王憲成.高原地區(qū)車輛柴油機(jī)使用狀況實(shí)車測試分析［J］.裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，28（1）：34-38. HE Xing，WANG Xian-cheng.Test analysis of vehicle diesel engine service condition in plateau［J］.Journal of Academy of Armored Force Engineering，2014，28（1）：34-38.（in Chinese）

［2］黃小輝，畢小平.坦克動(dòng)力裝置潤滑系統(tǒng)計(jì)算與分析［J］.裝甲兵工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，19（2）：47-50. HUANG Xiao-hui，BI Xiao-ping.Caculation and analysis on the lubrication system of tank powertrain［J］.Journal of Academy of Armored Force Engineering，2005，19（2）：47-50.（in Chinese）

［3］陳銘，王成燾.車用內(nèi)燃機(jī)潤滑系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)［J］.內(nèi)燃機(jī)工程，2000，21（3）：64-69. CHEN Ming，WANG Cheng-tao.Condition monitoring techniques for lubrication system of automotive engine［J］.Chinese Internal Combustion Engine Engineering，2000，21（3）：64-69.（in Chinese）

［4］王憲成，胡俊彪，和穆，等.海拔高度對重型柴油機(jī)缸內(nèi)機(jī)油消耗影響研究［J］.內(nèi)燃機(jī)工程，2014，35（1）：115-120. WANG Xian-cheng，HU Jun-biao，HE Mu，et al.Research on effect of high altitude environment on in-cylinder lubricant consumption in heavy duty diesel engine［J］.Chinese Internal Combustion Engine Engineering，2014，35（1）：115-120.（in Chinese）

［5］李文學(xué)，葛蘊(yùn)珊，李駿，等.低排放柴油機(jī)的機(jī)油消耗量控制技術(shù)研究［J］.內(nèi)燃機(jī)工程，2004，25（6）：1-3. LI Wen-xue，GE Yun-shan，LI Jun，et al.Lubrication oil consumption control of low emission diesel engine［J］.Chinese Internal Combustion Engine Engineering，2004，25（6）：1-3.（in Chinese）

［6］Froelund K，Owens E C，F(xiàn)rame E，et al.Impact of lubricant oil on regulated emissions of alight-duty Mercedes-Benz OM 611 CIDI-engine［C］∥International Spring Fuels&Lubricants Meeting& Exhibition.Orlando，F(xiàn)lorida：SAE，2001-01-1901.

［7］張現(xiàn)成，許伯彥.考慮針閥運(yùn)動(dòng)的LPG高壓旋流噴油器內(nèi)外流動(dòng)過程的數(shù)值解析［J］.內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào)，2013，31（3）：228-234 ZHANG Xian-cheng，XU Bo-yan.Numerical analysis of internal flow and spray for a LPG high pressure swirl injector with needle movement［J］.Transactions of CSICE，2013，31（3）：228-234.（in Chinese）

［8］許伯彥，張勇，耿德強(qiáng)，等.液態(tài)LPG噴射發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴內(nèi)部氣穴現(xiàn)象的數(shù)值解析［J］.內(nèi)燃機(jī)工程，2009，30（6）：10-15. XU Bo-yan，ZHANG Yong，GENG De-qiang，et al.Simulation of cavitation phenomenon in injector of liquid phase LPG engine［J］. Chinese Internal Combustion Engine Engineering，2009，30（6）：10-15.（in Chinese）

Simulation and Experimental Research on Oil Flow Loss of Diesel Engine at Plateau

ZHANG Chang-ling1，LIU Fu-shui2，SHANG Hai-kun3，WANG Pei2，ZHANG Zheng2，WANG Yan3
（1.Beijing BITEC Co.，Ltd，Beijing 100081，China；2.School of Mechanical Endineering，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China；3.Hebei Huabei Diesel Engine Co.，Ltd，Shijiazhuang 050081，Hebei，China）

For low oil pressure in diesel engine at plateau，the lubrication system of the diesel engine is researched through experimental test，theoretical analysis and CFD simulation.The results show that the ambient pressure affects the basic pressure in the whole oil passage.The inlet pressure of the oil pump equivalently decreases with the increase in altitude，resulting in lower ambient pressure.In this condition，asuction appears in the pump，which may reduce the main oil pressure significantly.As the flow rate keeps constant，the pipe flow loss decreases gradually with the increase in pipe diameter.Though the flow loss rate becomes smaller，the right angle junction has great influence on the flow loss，and for r/R≥1.5，the change of flow loss tends to be stabile.The plateau test results show that the engine oil pressure of the improved scheme is increased by about 30%at low rotating speed，and the oil pressure is increased by more than 50%at medium and high rotating speeds.

power machinery engineering；plateau；lubrication systems；oil pressure；experiment

TK421.9

A

1000-1093（2015）02-0193-07

10.3969/j.issn.1000-1093.2015.02.001

2014-05-16

國家預(yù)先研究項(xiàng)目（40402040101）

張長嶺（1986—），男，工程師。E-mail：zcl861116@126.com；劉福水（1964—），教授，博士生導(dǎo)師。E-mail：Prof.LiuFS@yahoo.com