某汽油机润滑系统联合仿真.pdf

QICHESHEJI汽车设计HEAVY TRUCK重型汽车21某汽油机润滑系统联合仿真某汽油机润滑系统联合仿真统一维仿真的结果在低转速下存在较大的差异，推测是由于轴承泄流量导致的，因此决定采用 AVL EXCITE 与Flomaster 联合仿真的方式，计算发动机在不同转速下系统压力分布，并与Flomaster 单体仿真数据及试验数据进行对比，确定仿真精度。2 曲轴连杆动力学模型计算2.1 计算模型说明图 1 连杆动力学模型图 1 连杆动力学模型图 1 为某三缸汽油机的曲轴连杆动力学模型的二维逻辑连接图，其中包含了轴承座、主轴承运动副、曲轴、连杆大头运动副、连杆、连杆小头运动副、活塞。2.2 计算目的我们搭建曲轴连杆动力学模型是为了对轴承元件进行求解，其目的是为了获取轴承的流阻特性，即轴承的流量随着转速、间隙、机油粘度、压力变化的关系，后续需要将该数据导入Flomaster中进行整机润滑系统的计算。2.3 计算结果图 2 为 通 过 AVL EXCITE 计 算出的主轴承和连杆大头轴承的流量特性。由于考虑整机润滑系统测试温度为120，此时机油粘度约 0.0056Pas，因此仅展示不同轴承在该粘度下的流量特性。图 2a 主轴承流量特性图 2a 主轴承流量特性1 概述润滑系统是发动机的重要组成系统，其流量大小直接影响到元件的润滑状态。但是在实际过程中，各个元件，特别是轴承类元件的流量难以测量，所以在工程上，一般通过润滑系统的压力分布来确定是否满足系统的润滑需求。因此润滑系统的仿真是项目前期的重点工作之一，其仿真精度会直接影响到相关零部件选型和技术路线的选择。目前行业内整机润滑系统仿真的手段和方式也比较多元化，其中潍柴动力利用 AMESim 对 YZ485ZLQ 柴油机进行了润滑系统分析，并对比不同方案下的仿真和试验结果，具有较高的拟合度；大连交通大学利用 Flomaster 对12V240ZJ 柴油机润滑系统进行仿真，确定了满足轴承最小油膜厚度和安全油压的最佳机油泵性能；北京理工大学利用 FLUENT 对某 V 型多缸柴油机润滑系统进行三维仿真，确定该机各路流量特性及活塞冷却喷嘴出口流场数据；西门子开发的 SIMERICS-MP/MP+软件也为润滑系统三维瞬态 CFD 仿真提供了解决方案。在工程中对某三缸汽油机进行润滑系统测试后发现，其主油道压力与传文文/季明微（安徽江淮汽车集团股份有限公司季明微（安徽江淮汽车集团股份有限公司）【摘 要摘 要】对某三缸汽油机润滑系统进行试验测试时，发现实测主油道压力比采用 Flomaster 仿真的结果在低转速下】对某三缸汽油机润滑系统进行试验测试时，发现实测主油道压力比采用 Flomaster 仿真的结果在低转速下高，且在 1500rpm 时存在最大压力差约 25%。此时发动机活塞冷却喷嘴尚未开启，主要泄漏量为轴承。因此为提高高，且在 1500rpm 时存在最大压力差约 25%。此时发动机活塞冷却喷嘴尚未开启，主要泄漏量为轴承。因此为提高发动机润滑系统仿真精度，确认轴承泄漏量对系统的影响，通过 AVL EXCITE 建立曲轴连杆动力学模型，计算出发动机润滑系统仿真精度，确认轴承泄漏量对系统的影响，通过 AVL EXCITE 建立曲轴连杆动力学模型，计算出不同转速、间隙、机油粘度及压力下的轴承流量特性。后导入 Flomaster 中进行整机润滑系统仿真，并与单体仿真不同转速、间隙、机油粘度及压力下的轴承流量特性。后导入 Flomaster 中进行整机润滑系统仿真，并与单体仿真结果及整机实测结果进行对比。发现采用联合仿真的方式主油道压力与实测结果差距在 7%以内，为后续其他整机结果及整机实测结果进行对比。发现采用联合仿真的方式主油道压力与实测结果差距在 7%以内，为后续其他整机润滑系统性能预测提供了新的解决方案。润滑系统性能预测提供了新的解决方案。【关键词关键词】润滑系统；Flomaster；AVL EXCITE 润滑系统；Flomaster；AVL EXCITE 重型汽车HEAVY TRUCK22图 2b 连杆大头轴承流量特性图 2b 连杆大头轴承流量特性3 润滑系统仿真3.1 计算目的将上一步求解的不同类型轴承的流量特性数据导入 Flomaster 的专用轴承元件中，搭建该三缸汽油机的润滑系统模型并进行计算，实现联合仿真的目的。并将计算的主油道压力与采用Flomaster 单体仿真的计算数据及整机试验实测数据进行对比。3.2 计算机油泵边界该系统机油泵为两档可变的变排量叶片泵，但是测试过程中，小排量档位的反馈油道一直未开启，并且大档位的起调压力为 3.90.3bar，因此在2000rpm 之前，实测的系统压力是可变叶片泵的纯机械性能，不涉及到控制逻辑。下图 3 为机油泵在不同出口压力和转速情况的机械性能流量特性 map。图 3 机油泵性能 map图 3 机油泵性能 map3.3 计算结果对比图 4 为不同情况下主油道压力随转速变化的曲线。可以看出，单独一维仿真的结果与实测结果存在较大的差异，且在 1500rpm 时主油道压力存在最大差异，分别为 2.86 和 3.61bar。这是因为在 1500rpm 时，活塞冷却喷嘴尚未开启，整机的泄露量相对较小，且以轴承泄露为主，当一维仿真的轴承泄露量偏大时，随着转速的提升，系统压力的差别也会增大。在 1500 2000rpm时，由于此时活塞冷却喷嘴开启，整机的机油泄露量大大增加，因此两者的压力差慢慢变小。在 2000rpm 以后，由于变排量机油泵的反馈特性，能够保持主油道压力恒定，因此两者压力差基本为零。而通过联合仿真的计算结果与实测结果十分接近，在 1500rpm 时压力分别为 3.36 和 3.61bar，差异约 7%。这是由于在对轴承的泄漏量求解时，并未采用工程化统计经验，而是在连杆动力学模型中利用雷诺方程进行求解。图 4 不同情况下整机主油道压力变化曲线图 4 不同情况下整机主油道压力变化曲线下图 5 为联合仿真和单体仿真的主轴承在不同转速下的流量对比，可以明显看出，在全转速范围内，同一转速下，通过联合仿真的轴承流量均低于单体仿真轴承，这是不同仿真方式结果存在差异性的直接原因，因为单体仿真的轴承泄漏量大，系统流阻减小，整体压力降低，导致主油道单体仿真的油压偏低。而导致这两者存在差异的根本原因是轴承的流量计算的方式不同。图 5 主轴承泄流量曲线图 5 主轴承泄流量曲线下图 6 为联合仿真和单体仿真的连杆大头轴承在不同转速下的流量对比，可以看出，该轴承的流量变化趋势与主轴承相类似，且在同转速下，单体仿真的流阻略微偏大。图 6 连杆大头轴承泄流量曲线图 6 连杆大头轴承泄流量曲线4 总结采 用 AVL EXCITE 与 Flomaster联合仿真的方式，其计算结果与单体仿真相比，更加接近试验结果，这说明联合仿真的精度更高，这是由于 AVL EXCITE 在对轴承泄漏量进行计算时，考虑到曲轴旋转过程中偏心率、油膜间隙角度、油膜坐标等对轴承泄漏量的影响。而这些因子 Flomaster 一维软件无法考虑。针对本文项目，由于其润滑系统较为复杂，还包含活塞冷却喷嘴等大流量元件，因此不同仿真方式对整个系统的压力影响相对有限，但是对于轴承本体而言，不同计算方式对流量的影响很大，因此如果润滑系统主要由轴承类元件构成，则有必要进行联合仿真。参考文献：1 王斌,孙平,刘天将等.柴油机润滑系统仿真及实验研究 J.汽车与动力技术,2011(4):6-9.2 李 明 海,刘 锋,崔 洪 江 等.12V240ZJ 柴油机润滑系统仿真分析 J.机械制造与自动化,2013(1):105-107.3 孙续莹.V 型多缸柴油机润滑系统流动特性三维仿真研究 D.北京:北京理工大学机械与车辆学院,2015 年.4 B u t e n s c h o e n,H.J.Dashydrodynamische,zylindrische G leitlager unter instationaerer Belastung,Dissertation,T U K arlsruhe,1976.