低速机气缸油喷注特性分析及供给策略优化设计
摘要
大型低速柴油机是船舶动力装置的核心动力源，其缸内高温高压瞬变工况及大冲
程运动导致气缸组件工作于苛刻润滑环境进而可能诱发拉缸等摩擦故障，影响船舶动
力装置可靠性，造成巨大经济损失。为了改善缸内润滑环境，低速柴油机在气缸壁设
计喷油孔，并采用独立供油系统向缸内摩擦副喷注滑油。但由于向缸内供给的润滑油
通常不再回收利用，成本高昂，据统计占到气缸设备使用成本的73%。因此，有必要
进行开展低速机气缸内滑油喷注特性研究，并提供合理的气缸滑油供给策略，为改善
低速柴油机缸内摩擦副润滑，降低摩擦功耗及减少供油成本提供重要理论依据。
本文以340型号低速柴油机气缸为研究对象，考虑低速机进气后的空气旋流效应，
气缸油喷注压力、喷注角度，喷嘴布置方式和缸套油槽结构对气缸油喷注特性的影响，
借助Fluent流体仿真软件，基于以欧拉-拉格朗日理论为基础的离散相模型（DPM）对
缸内滑油喷注特性进行仿真分析。首先，联合低压单孔喷嘴喷注模型和低速机气缸模
型，以附壁最大油膜厚度、附壁油膜质量、附壁油膜面积、颗粒包数量为评价参数，
对有无进气状态下的气缸油喷注特性进行对比分析，结果表明，气缸内形成的空气旋
流场有助于气缸油油雾扩散，并在气缸壁上形成润滑效果更好的油膜。进一步在进气
条件下探究了气缸油喷注压力、喷注径向夹角、喷注仰角、喷嘴布置方式等影响因素
对于气缸油喷注特性的影响。
在进气气缸油喷注模型中考虑油槽结构影响，比较分析了有无油槽结构的气缸油
喷注特性，结果表明，油槽结构会使气缸油喷注过程中形成的附壁最大油膜厚度快速
增大和附壁油膜面积减小。进一步考虑了同油槽尺寸对于气缸油喷注特性影响，结果
表明在当前气缸油喷注量下，不同尺寸油槽结构对气缸油喷注特性影响不明显。
采用响应曲面法中的Box-Behnken方法进行了合理的气缸油供给策略设计，基于
考虑油槽结构的气缸油喷注特性的计算方法，实现对由气缸油喷注压力、喷注径向夹
角、喷注仰角等影响因素所组成的供给策略的有效评估，并根据响应分析，选择最优
的影响因素组合完成气缸油供给策略优化设计，提高附壁最大油膜厚度与油膜面积，
进而提升气缸内润滑性能。
关键词：低速柴油机气缸润滑；气缸油喷注；供给策略；响应面法；DPM模型
低速机气缸油喷注特性分析及供给策略优化设计
Abstract
Largelow-speeddieselengineisthecorepowersourceofMarinepowerplant.Thehigh
temperatureandhighpressuretransientconditionsinthecylinderandthelargestroke
movementleadtocylinderassemblyworkinginharshlubricationenvironment,whichmay
inducefrictionfailuressuchascylinderpulling,affectingthereliabilityofMarinepowerplant
andcausinghugeeconomiclosses.Inordertoimprovethelubricationenvironmentinthe
cylinder,thelow-speeddieselenginedesignsoilinjectionholesinthecylinderwall,anduses
anindependentoilsupplysystemtoinjectoilintothefrictionpairinthecylinder.However,
becausethelubricatingoilsuppliedtothecylinderisusuallynolongerrecycled,thecostis
high,accountingfor73%ofthe