某三缸汽油机出现油水混合原因分析[文档资料]

某三缸汽油机出现油水混合原因分析 本文档格式为 WORD,感谢你的阅读。 某三缸汽油机在进行冷热冲击试验时出现油水混合的问题，本文通过对可能引起油水混合的原因进行排查，并利用 CFD 软件对水套内流场和温度场进行分析，发现二、三缸之间气缸垫理论上水量偏小，气缸体水套的铸造误差又堵塞了一部分上水孔，使得实际的上水孔比理论上水量更小，最终导致了气缸盖变形，造成油水混合。通过优化上水孔面积，并合理移动上水孔位置，排除气缸体水套铸造误差引起上水套堵塞的风险。加大 各缸之间水流量后，解决了气缸盖散热不足的问题，从数据分析上和实际试验中都满足要求。 某三缸发动机在冷热冲击试验进行到 78 小时时出现油水混合的问题，拆解后发现气缸垫冲蚀，如图 1 所示。更换一个新的缸盖和气缸垫后 56 小时后又出现油水混合。 2 问题排查 引起气缸体和气缸盖结合面处出现油水混合的原因是此处的密封出现的问题，而组成气缸体和气缸盖结合面处密封的要素有：气缸垫、气缸盖、气缸体、气缸盖螺栓等。 气缸垫试验前经过详细检测，不存在质量问题；试验后虽然有明显冲蚀，但可能是 由其他因素造成的。气缸体顶面平面度、气缸体材质等均符合设计要求。气缸盖螺栓不存在松脱现象；对试验后的气缸盖螺栓的螺距进行测量，气缸盖螺栓不存在拉长现象，排除气缸盖螺栓质量问题。对气缸盖材质和硬度等进行检测，符合设计要求。 3.3.2 换热分析 由于对流换热系数与流速成正比，因此对流换热系数和流速都可以用来描述水套的换热状况。为了满足冷却要求，水套关键区域的流速及对流换热系数需要达到一定的标准。根据经验，缸体水套上止点区域的流速需达到 0.5m/s 以上，且总体上应该是上大下小；缸间、缸盖水套 排气侧鼻梁区和火花塞附近都需达到 2m/s 以上。 （ 1）缸体水套换热分析 图 9 为缸体水套表面流速分布。从图中可以看到，由于水套入水口附近的导流作用（图 9 中黑色方框所示），使得缸体水套冷却液主流方向为：一缸排气侧 三缸排气侧 三缸进气侧 一缸进气侧。因此，最终在一缸靠近前端的下部区域形成了流动死区（图 9 中黑圈所示），除此之外缸体绝大部分区域的流速都在 0.5m/s 以上。另外，考虑到缸体下部区域的热负荷较低，可认为缸体水套的换热是满足要求的。 图 12 为水孔编号，进气侧的水孔前加字母 “I ” ，排气侧的水孔前加字母 “E” 。图 13 为各垫片水孔流量分配。该文原载于中国社会科学院文献信息中心主办的环球市场信息导报杂志 http： /. 总第 547 期 2014 年第15 期 -转载须注名来源从图 13 中可以发现， E1、 E2 和 I1的水流量明显大于其余各孔。其中，对二缸缸盖排气侧换热影响比较大的 E3 孔和 E4 孔水流量之和仅为 3.978kg/min，这是造成二缸缸盖排气侧下平面变形的根本原因。 4 优化后水套 CFD 分析 4.1 优化方案 根据对原水套的 CFD 分析结 果，为增加上水流量和调整流速，将二、三缸之间的上水孔面积加大一倍，并将 E4 孔外移，如图 14 和图 15 所示。图 16 为气缸垫水孔优化前后的面积对比图，可以看出水孔 E3 和 E4 的面积都由原方案的19.635 mm2 增加到 39.27 mm2。 4.2 边界条件 优化后的边界条件的设置与优化前一致。 4.3 分析结果 4.3.1 压损分析 4.3.2 换热分析 （ 1）缸体水套换热分析 图 18 为缸体水套优化后流速分布图。从图中可以看到，优化后在一缸靠近前 端的下部区域形成的流动死区（黑圈示出）流速有所增加，换热有所改善 。 （ 2）缸盖水套换热分析 图 19 为优化后缸盖水套表面流速分布图。从图中可以看到优化后在二缸排气侧鼻梁区的流速明显增加，换热也会明显改善，只有少部分区域的流速仍然低于 2m/s 的流速标准。 4.3.3 气缸垫各水孔流量分配 图 21 为优化后与原方案气缸垫各水孔流量分配对比图（水孔编号参见图 14）。从图中看到，对 2 缸缸盖排气侧换热影响比较大的水孔 E3 和 E4，原方案的水流量分别为1.806kg/min 和 2.172kg/min，优化后水流量分别上升到2.458kg/min 和 4.093kg/min，这是使得缸盖鼻梁区散热改善的根本原因。 5 结论 导致发动机油水混合的原因很多，本文通过对气缸体、气缸盖、气缸垫及气缸盖螺栓的排查，并利用 CFD 软件对水套内流场和温度场的分析，最终确定了导致本发动机油水混合的原因是二、三缸之间气缸垫上水孔面积过小。而气缸体水套的铸造误差导致气缸垫上水孔面积更小，造成气缸盖散热不足而变形，最终使得冷热冲击试验失败。通过优化上水孔面积，并合理移动上水孔位置，排除气缸体水套铸 造误差引起上水套堵塞的风险。加大二、三缸之间水流量后，解决了气缸盖散热不足的问题，后期的冷热冲击