某柴油机润滑系统优化设计仿真计算

兰剑，王宏大,胡必谦，胡志胜

(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心,安徽合肥 230601)

某柴油机润滑系统优化设计仿真计算

兰剑，王宏大,胡必谦，胡志胜

(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心,安徽合肥 230601)

基于Flowmaster软件建立某型柴油机润滑系统的一维仿真模型。模拟该发动机的油压分布状况，将计算结果与试验数据进行对比分析。优化计算模型，模拟润滑系统更改后的油压分布状况，评估润滑系统设计更改的可行性。

发动机；润滑系统；机油压力

0 引言

润滑系统压力分布是判断发动机润滑系统工作性能的关键参数，同时也是发动机安全监控的重要指标[1]。如果发动机润滑系统油压过低，将会对发动机造成很大的损害，甚至会使发动机提前报废。

文中所计算的发动机为四缸柴油机，根据设计，需要在缸体与缸盖油道间增加一个直径2 mm的链润滑油道，因此需要评估设计更改对润滑系统的影响。

基于一维流体分析软件Flowmaster建立该柴油机润滑系统一维计算模型。首先对原状态进行计算分析，将计算结果与试验结果进行对比分析，验证计算模型的准确性。然后对整改的设计模型进行分析，评估整改方案的可行性。

为方便阐述，文中所涉及的压力均为绝对压力。其中原润滑系统为方案A，整改后润滑系统为方案B。

1 一维仿真模型的建立

1.1 润滑系统流程图

使用Flowmaster软件对发动机润滑系统各点机油压力进行计算分析，建立润滑系统模型。根据图1所示的润滑系统流程图，使用Flowmaster建立计算模型，计算润滑系统油压分布状况。根据润滑系统设计原理，利用一维流体计算软件Flowmaster搭建文中计算所涉及润滑系统，如图1所示。

1.2 润滑系统模型建立

依据润滑系统原理图所构建计算模型如图2所示。

在发动机润滑系统分析中，首先需要明确所分析机型的润滑系统结构，根据系统结构确定所需的润滑元件和需要的边界数据。

整个润滑系统由供油系统和用油部件组成，用油部件主要包含主轴承、增压器、进排气凸轮轴等，其中以上所述部件均依靠供油系统提供的高压润滑油进行润滑，即所谓的压力润滑。

1.3 模型解析

供油系统主要由油底壳、机油集滤器、机油泵、泄压阀和机油滤清器组成，其中机油泵是整个润滑系统的动力源，机油泵由发动机驱动，随发动机机转速的提升机油泵的供油能力增强。因此在发动机润滑系统分析中，主要考虑怠速工况时系统的油压能否满足发动机的运行需求即可。

1.4 参数确定

该柴油机机油泵为齿轮式机油泵，机油泵的供油能力为0.016 L/r，机油泵与发动机的转速比为1.2∶1。

增压器、真空泵只需输入相关的机油流阻数据即可。

轴承类元件的直径和间隙会对机油的消耗量和系统的油压产生显著影响。

1.3.2 肺动脉收缩压（PAPs）检测 在治疗前后应用彩色多普勒仪测定与计算三尖瓣区最大返流速度（Vmax）和肺动脉压（PAPs），测定3次取平均值。

该柴油机活塞冷却喷嘴的开启压力为0.22 MPa。

2 计算结果分析

2.1 结果对比

为保证计算结果的准确，此次分析首先将原模型计算结果与试验进行对比。根据发动机的运行工况，此次分析主要对油温为100 ℃，发动机转速为750、1 000、1 500、2 000、2 500和3 000 r/min时的工况进行计算分析。

图3为试验所得主油道油压与计算所得结果之间的对照图。可以看出:随着发动机转速的增加,试验与计算的油压均不断增加，二者的变化趋势相同，且相同转速下计算与试验所得油压差别不大，说明文中的计算模型和模型参数准确可靠。

2.2 压力分布计算结果

根据设计要求，在发动机缸体与缸盖油道间增加直径为2 mm的链润滑油出口，通过计算分析评估系统油压是否符合发动机运行需求，从而确定2 mm直径是否符合要求。

从计算结果可以看出：整改后系统的油压小于整改前。其中，发动机转速750～1 500 r/min时，整改前后系统油压的差别呈增大的趋势；而发动机转速1 500～3 000 r/min时，整改前后系统油压的差别呈减小趋势。原因分析：方案B在方案A基础上增加机油泄流孔，相同工况下机油的泄流量增加，导致系统的油压降低，从而出现方案B的油压低于方案A；方案B链润滑管路设计为直径为2 mm、长度为8 mm的管路，发动机低转速(<1 500 r/min)时，随发动机转速增加，链润滑管路的机油流量迅速增加，达到1 500 r/min时流量达到链润滑管路的流通极限，当发动机高转速(>1 500 r/min)时，受链润滑管路流通能力的限制，随发动机转速增加，链润滑管路机油流量变化很小，从而出现以上压差分布状况。

图8显示不同转速下链润滑出口的机油流量。

从图8可以看出：发动机低转速(<1 500 r/min)时，随发动机转速增加，链润滑管路的机油流量迅速增加;而发动机高转速(>1 500 r/min)时，随发动机转速增加链润滑管路的机油流量变化很小。且系统流量越大，该链润滑管路对系统的影响越小，从而引起图4—7的压差分布状况。

从计算结果来看:增加链润滑管路后，系统的油压降低，但当发动机怠速750 r/min、系统油温为120 ℃时，主油道油压约为0.202 MPa，大于0.18 MPa的油压要求，说明系统的整改能够满足发动机的运行需求。

3 结束语

(1)对某型柴油机润滑系统进行分析，分析不同工况下系统的压力分配，并通过试验验证仿真的准确性。基于基本模型，对润滑系统的整改进行仿真，确定润滑系统的整改具有可行性；

(2)在润滑系统中增加机油润滑部件，将会降低系统的机油压力,因此在润滑系统整改设计中应对润滑部件的泄流能力进行确认分析；

(3)在发动机润滑系统设计中，CFD分析可以为润滑系统的设计提供理论依据，保证设计工作的准确可靠。

【1】苏立超,刘振侠,吕亚国.航空发动机润滑系统滑油压力仿真计算[J].科学技术与工程，2012,12(1)：97-101,136.

【2】王宪成,张更云.车用内燃机学[M].北京:兵器工业出版社,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

兰剑(1987—)，男，学士，助理工程师,从事发动机设计与研发工作。E-mail：dcs_jszx@jac.com.cn。