郭玉石，王宏大，張磊

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，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

郭玉石，王宏大，張磊

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

文章基于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

CLC NO.: V233.4+9 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)19-13-03

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)。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。

文中分析發(fā)動(dòng)機(jī)為四缸柴油機(jī)，根據(jù)設(shè)計(jì)，需要在缸體曲軸第五瓦輸油管路增加一個(gè)惰輪潤(rùn)滑出油口和鏈條潤(rùn)滑出油口。因此需要評(píng)估設(shè)計(jì)更改對(duì)潤(rùn)滑系統(tǒng)的影響。

本文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，通過(guò)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，本文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

圖1 潤(rùn)滑系統(tǒng)原理圖

本文使用Flowmaster軟件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)個(gè)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Flowma-ster搭建本文計(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。

圖2 分析模型

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0.016L/rev，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，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。

該柴油機(jī)活塞冷卻噴嘴的開(kāi)啟壓力為2.2bar。

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，本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，本次分析主要對(duì)比油溫為80℃發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為800rpm、1000rpm、1600rpm、2000rpm、3400rpm和3000rpm時(shí)的工況進(jìn)行計(jì)算分析。

圖3 缸體主油道油壓對(duì)比示意圖

圖3 和圖4為試驗(yàn)所得油道油壓與計(jì)算所得結(jié)果之間的對(duì)照?qǐng)D。從圖中可以看出隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加試驗(yàn)與計(jì)算的油壓均不斷的增加，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)明本論文的計(jì)算模型和模型參數(shù)的填寫準(zhǔn)確可靠。

圖4 缸蓋油道油壓對(duì)比示意圖

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)缸體第五檔曲軸油道增加鏈潤(rùn)滑油道，尺寸如下圖5所示：

圖5 鏈潤(rùn)滑油道示意圖

按照設(shè)計(jì)模型將油道接入原潤(rùn)滑系統(tǒng),如圖1中新增供油系統(tǒng)部分,通過(guò)計(jì)算分析得出怠速油溫120℃時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵部位的油壓如下所示：

表1 不同部位油壓數(shù)據(jù)

從分析結(jié)果可以看出主油道油壓僅為1.72bar不能滿足潤(rùn)滑系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的流量分析得出，新增油道系統(tǒng)機(jī)油流量約為4.7L/min，流量過(guò)大導(dǎo)致系統(tǒng)油壓降低，不能滿足潤(rùn)滑標(biāo)準(zhǔn)，因此將減縮段管路直接改為1mm直管，此時(shí)相同條件下，系統(tǒng)的油壓如下所示：

表2 孔徑變化不同部位油壓數(shù)據(jù)

從分析結(jié)果看出，孔徑變化后系統(tǒng)的油壓得到了提升,此時(shí)末端增油道系統(tǒng)機(jī)油流量約為2.1L/min，該流量能夠滿足部件的潤(rùn)滑需求。說(shuō)明需依據(jù)分析結(jié)果對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行整改。

3 結(jié)束語(yǔ)

1)本文對(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?，對(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.

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

Optimization design simulation calculation of lubrication system of certain diesel engine

Guo Yushi, Wang Hongda, Zhang Lei
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD., Anhui Hefei 230601 )

By using flowmaster software, this paper carried out 1D numerical simulation to one diesel engine lubrication system. Simulated the pressure distribution of this engine then compared to test data. At last optimized the model to calculate the amended model in order to evaluate the pressure of the optimized model.

lubrication system; engine; oil pressure

V233.4+9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7988 (2017)19-13-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.19.006

郭玉石，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司。