发动机增压方式下润滑系统优化浅析

摘要:以农用增压式发动机为研究对象，对发动机润滑系统故障进行分析，确定发动机润滑系统内滤清器破裂的主要原因是调节阀打开和关闭过程中油道内的压力波动。为此，通过调节阀门设计参数，改善调节阀动作过程中油道内的的压力波动，从而降低滤清器破裂概率。分析结果表明:当润滑系统调节阀采用滤清器前端泄压、感应孔直径为8mm、设定3个承压面时，润滑系统主油道内的压力波动范围明显缩小，同时阀芯位移波动范围较小。

关键词:增压式发动机;润滑系统;调节阀;压力波动

0引言

增压式发动机在农业生产过程中具有广泛的应用，其润滑系统能够有效地对发动机进行润滑和冷却，防止发动机结构件生锈，同时对发动机运动件及流道进行清洗［1］。增压式发动机润滑系统主要由机油泵、机油冷却器及机油滤芯组成，还包含冷却系统结构件。增压式发动机润滑过程中，主油道当中必须有一定的压力，使机油能够传输至润滑面位置［2－3］。增压式发动机在工作一段时间后，机油滤清器会出现开裂现象，主要原因是油路当中压力波动，造成机油滤清器疲劳开裂［4－5］。为此，笔者对增压式发动机润滑系统相关参数进行仿真分析，对比不同结构参数对润滑系统性能影响，进行增压式发动机润滑系统优化，旨在为发动机润滑系统参数设计调整提供参考依据。

1增压式发动机润滑系统

为了调整增压式发动机润滑系统相关设计参数，对该增压式发动机润滑系统进行分析。表1为发动机相关技术参数，图1为增压式发动机润滑系统结构示意图。对该发动机不同转速条件下的泵后压力、滤清器前端压力、滤清器后端压力以及主油道压力进行测试，结果如表2所示。测试结果表明:当增压式发动机转速达到1200r/min时，润滑系统内不同位置的压力测试结果波动较大，在该转速条件下产生的压力波动冲击易造成发动机滤清器疲劳开裂。

2润滑系统参数对比

增压式发动机润滑系统油道内，油路沿程阻力导致系统内油压降低，压力沿程波动逐渐减少，因此不会导致机油滤清器的破裂［6］。进入机油滤清器前，主油道截面面积变化较大，机油泵后端油压会发生较小的波动，但不会导致机油滤清器破裂。机油滤清器发生破裂的主要原因是润滑系统内部阀门运动引起的压力波动［7－9］。在增压式发动机润滑系统内部，能够引起压力波动的因素是油道内调压阀的开启和关闭。当润滑系统主油道内部压力较大时，调压阀开启，使主油道内的润滑油卸出，保持润滑系统整个油道内的压力处于正常范围内［10－11］。润滑系统调压阀改进主要有3种方案:第1种方案是保持油道调压阀的结构不变，通过改变调压阀感应孔直径，分析润滑系统主油道内油压波动特性;第2种方案是改变油道内调压阀结构，使油道内润滑油的泄出由滤清器前端调整为滤清器后端，取消感应孔，改变弹簧刚度，分析润滑系统主油道内油压波动特性;第3种方案是保持调压阀结构相关参数不变，保持滤清器前端泄压，感应孔直径为8mm，分析润滑系统主油道内油压波动特性［12］。第1种方案设定调压阀感应孔直径分别为8、4、2mm，对润滑系统内部滤清器前端压力、滤清器后端压力及阀芯位移进行仿真分析。调压阀感应孔直径与滤清器前端压力关系曲线如图2所示，调压阀感应孔直径与滤清器后端压力关系曲线如图3所示，调压阀感应孔直径与调压阀位移关系曲线如图4所示。由图2可以看出:当调压阀感应孔直径为8mm时，油道内压力最大波动范围为800kPa;当调压阀感应孔直径为4mm时，油道内压力最大波动范围为680kPa;当调压阀感应孔直径为2mm时，油道内压力波动范围为600kPa。数据表明，单独降低调压阀感应孔直径，无法有效地改善润滑系统油道内压力波动。第2种方案设定调压阀弹簧刚度及弹簧变形变化。刚度为4900N/m时，变形量29．5mm;刚度为6000N/m时，变形量27．8mm;刚度为6300N/m时，变形量为27．6mm。对润滑系统内部滤清器前端压力、滤清器后端压力以及阀芯位移进行仿真分析。图5为弹簧参数与滤清器前端压力关系曲线，图6为弹簧参数与滤清器后端压力关系曲线，图7为调弹簧参数由图5～图7可以看出:3种弹簧参数条件下，主油道内油压最大波动范围约为600kPa。因此，单独调整弹簧参数，对润滑系统油道内压力波动的改善不明显。第3种方案持调压阀的结构相关参数不变，保持滤清器前端泄压，感应孔直径为8mm，采用3个承压面，对润滑系统内部滤清器前端压力、滤清器后端压力以及阀芯位移进行仿真分析。图8为方案3前端压力关系曲线，图9为方案3滤清器后端压力关系曲线，图10为方案3调压阀位移关系曲线。由图8～图10可以看出:该方案条件下，油道内滤清器前端和滤清器后端的油压波动范围小，阀芯位移变化范围较小。

3试验

3种设计方案对比统计如表3所示。由表3可以看出，方案3能够有效地降低油道内压力波动范围。因此，采用第3种优化方案进行增压式发动机润滑系统设计，并进行分析试验验证。对该发动机不同转速条件下的泵后压力、滤清器前端压力、滤清器后端压力以及主油道压力进行测试，结果如表4所示。4结论增压式发动机润滑系统中滤清器破裂的主要原因是油道的内压力波动，压力波动的主要原因是调压阀的打开和关闭。通过改进优化，将调压阀结构改变为滤清器前泄压、8mm感应孔、3个承压面，可有效地改善油道内压力波动，降低滤清器破裂概率。

作者:谢荣飞 单位:长春汽车工业高等专科学校