發動機增壓方式下潤滑系統優化淺析
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摘要:以農用增壓式發動機為研究對象，對發動機潤滑系統故障進行分析，確定發動機潤滑系統內濾清器破裂的主要原因是調節閥打開和關閉過程中油道內的壓力波動。為此，通過調節閥門設計參數，改善調節閥動作過程中油道內的的壓力波動，從而降低濾清器破裂概率。分析結果表明:當潤滑系統調節閥采用濾清器前端泄壓、感應孔直徑為8mm、設定3個承壓面時，潤滑系統主油道內的壓力波動范圍明顯縮小，同時閥芯位移波動范圍較小。
關鍵詞:增壓式發動機;潤滑系統;調節閥;壓力波動
0引言
增壓式發動機在農業生產過程中具有廣泛的應用，其潤滑系統能夠有效地對發動機進行潤滑和冷卻，防止發動機結構件生銹，同時對發動機運動件及流道進行清洗［1］。增壓式發動機潤滑系統主要由機油泵、機油冷卻器及機油濾芯組成，還包含冷卻系統結構件。增壓式發動機潤滑過程中，主油道當中必須有一定的壓力，使機油能夠傳輸至潤滑面位置［2－3］。增壓式發動機在工作一段時間后，機油濾清器會出現開裂現象，主要原因是油路當中壓力波動，造成機油濾清器疲勞開裂［4－5］。為此，筆者對增壓式發動機潤滑系統相關參數進行仿真分析，對比不同結構參數對潤滑系統性能影響，進行增壓式發動機潤滑系統優化，旨在為發動機潤滑系統參數設計調整提供參考依據。
1增壓式發動機潤滑系統
為了調整增壓式發動機潤滑系統相關設計參數，對該增壓式發動機潤滑系統進行分析。表1為發動機相關技術參數，圖1為增壓式發動機潤滑系統結構示意圖。對該發動機不同轉速條件下的泵后壓力、濾清器前端壓力、濾清器后端壓力以及主油道壓力進行測試，結果如表2所示。測試結果表明:當增壓式發動機轉速達到1200r/min時，潤滑系統內不同位置的壓力測試結果波動較大，在該轉速條件下產生的壓力波動沖擊易造成發動機濾清器疲勞開裂。
2潤滑系統參數對比
增壓式發動機潤滑系統油道內，油路沿程阻力導致系統內油壓降低，壓力沿程波動逐漸減少，因此不會導致機油濾清器的破裂［6］。進入機油濾清器前，主油道截面面積變化較大，機油泵后端油壓會發生較小的波動，但不會導致機油濾清器破裂。機油濾清器發生破裂的主要原因是潤滑系統內部閥門運動引起的壓力波動［7－9］。在增壓式發動機潤滑系統內部，能夠引起壓力波動的因素是油道內調壓閥的開啟和關閉。當潤滑系統主油道內部壓力較大時，調壓閥開啟，使主油道內的潤滑油卸出，保持潤滑系統整個油道內的壓力處于正常范圍內［10－11］。潤滑系統調壓閥改進主要有3種方案:第1種方案是保持油道調壓閥的結構不變，通過改變調壓閥感應孔直徑，分析潤滑系統主油道內油壓波動特性;第2種方案是改變油道內調壓閥結構，使油道內潤滑油的泄出由濾清器前端調整為濾清器后端，取消感應孔，改變彈簧剛度，分析潤滑系統主油道內油壓波動特性;第3種方案是保持調壓閥結構相關參數不變，保持濾清器前端泄壓，感應孔直徑為8mm，分析潤滑系統主油道內油壓波動特性［12］。第1種方案設定調壓閥感應孔直徑分別為8、4、2mm，對潤滑系統內部濾清器前端壓力、濾清器后端壓力及閥芯位移進行仿真分析。調壓閥感應孔直徑與濾清器前端壓力關系曲線如圖2所示，調壓閥感應孔直徑與濾清器后端壓力關系曲線如圖3所示，調壓閥感應孔直徑與調壓閥位移關系曲線如圖4所示。由圖2可以看出:當調壓閥感應孔直徑為8mm時，油道內壓力最大波動范圍為800kPa;當調壓閥感應孔直徑為4mm時，油道內壓力最大波動范圍為680kPa;當調壓閥感應孔直徑為2mm時，油道內壓力波動范圍為600kPa。數據表明，單獨降低調壓閥感應孔直徑，無法有效地改善潤滑系統油道內壓力波動。第2種方案設定調壓閥彈簧剛度及彈簧變形變化。剛度為4900N/m時，變形量29．5mm;剛度為6000N/m時，變形量27．8mm;剛度為6300N/m時，變形量為27．6mm。對潤滑系統內部濾清器前端壓力、濾清器后端壓力以及閥芯位移進行仿真分析。圖5為彈簧參數與濾清器前端壓力關系曲線，圖6為彈簧參數與濾清器后端壓力關系曲線，圖7為調彈簧參數由圖5～圖7可以看出:3種彈簧參數條件下，主油道內油壓最大波動范圍約為600kPa。因此，單獨調整彈簧參數，對潤滑系統油道內壓力波動的改善不明顯。第3種方案持調壓閥的結構相關參數不變，保持濾清器前端泄壓，感應孔直徑為8mm，采用3個承壓面，對潤滑系統內部濾清器前端壓力、濾清器后端壓力以及閥芯位移進行仿真分析。圖8為方案3前端壓力關系曲線，圖9為方案3濾清器后端壓力關系曲線，圖10為方案3調壓閥位移關系曲線。由圖8～圖10可以看出:該方案條件下，油道內濾清器前端和濾清器后端的油壓波動范圍小，閥芯位移變化范圍較小。
3試驗
3種設計方案對比統計如表3所示。由表3可以看出，方案3能夠有效地降低油道內壓力波動范圍。因此，采用第3種優化方案進行增壓式發動機潤滑系統設計，并進行分析試驗驗證。對該發動機不同轉速條件下的泵后壓力、濾清器前端壓力、濾清器后端壓力以及主油道壓力進行測試，結果如表4所示。4結論增壓式發動機潤滑系統中濾清器破裂的主要原因是油道的內壓力波動，壓力波動的主要原因是調壓閥的打開和關閉。通過改進優化，將調壓閥結構改變為濾清器前泄壓、8mm感應孔、3個承壓面，可有效地改善油道內壓力波動，降低濾清器破裂概率。
作者:謝榮飛 單位:長春汽車工業高等專科學校
