某三缸汽油機(jī)出現(xiàn)油水混合原因分析[文檔資料]

某三缸汽油機(jī)出現(xiàn)油水混合原因分析 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 某三缸汽油機(jī)在進(jìn)行冷熱沖擊試驗(yàn)時出現(xiàn)油水混合的問題，本文通過對可能引起油水混合的原因進(jìn)行排查，并利用 CFD 軟件對水套內(nèi)流場和溫度場進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)二、三缸之間氣缸墊理論上水量偏小，氣缸體水套的鑄造誤差又堵塞了一部分上水孔，使得實(shí)際的上水孔比理論上水量更小，最終導(dǎo)致了氣缸蓋變形，造成油水混合。通過優(yōu)化上水孔面積，并合理移動上水孔位置，排除氣缸體水套鑄造誤差引起上水套堵塞的風(fēng)險。加大 各缸之間水流量后，解決了氣缸蓋散熱不足的問題，從數(shù)據(jù)分析上和實(shí)際試驗(yàn)中都滿足要求。 某三缸發(fā)動機(jī)在冷熱沖擊試驗(yàn)進(jìn)行到 78 小時時出現(xiàn)油水混合的問題，拆解后發(fā)現(xiàn)氣缸墊沖蝕，如圖 1 所示。更換一個新的缸蓋和氣缸墊后 56 小時后又出現(xiàn)油水混合。 2 問題排查 引起氣缸體和氣缸蓋結(jié)合面處出現(xiàn)油水混合的原因是此處的密封出現(xiàn)的問題，而組成氣缸體和氣缸蓋結(jié)合面處密封的要素有：氣缸墊、氣缸蓋、氣缸體、氣缸蓋螺栓等。 氣缸墊試驗(yàn)前經(jīng)過詳細(xì)檢測，不存在質(zhì)量問題；試驗(yàn)后雖然有明顯沖蝕，但可能是 由其他因素造成的。氣缸體頂面平面度、氣缸體材質(zhì)等均符合設(shè)計(jì)要求。氣缸蓋螺栓不存在松脫現(xiàn)象；對試驗(yàn)后的氣缸蓋螺栓的螺距進(jìn)行測量，氣缸蓋螺栓不存在拉長現(xiàn)象，排除氣缸蓋螺栓質(zhì)量問題。對氣缸蓋材質(zhì)和硬度等進(jìn)行檢測，符合設(shè)計(jì)要求。 3.3.2 換熱分析 由于對流換熱系數(shù)與流速成正比，因此對流換熱系數(shù)和流速都可以用來描述水套的換熱狀況。為了滿足冷卻要求，水套關(guān)鍵區(qū)域的流速及對流換熱系數(shù)需要達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，缸體水套上止點(diǎn)區(qū)域的流速需達(dá)到 0.5m/s 以上，且總體上應(yīng)該是上大下?。桓组g、缸蓋水套 排氣側(cè)鼻梁區(qū)和火花塞附近都需達(dá)到 2m/s 以上。 （ 1）缸體水套換熱分析 圖 9 為缸體水套表面流速分布。從圖中可以看到，由于水套入水口附近的導(dǎo)流作用（圖 9 中黑色方框所示），使得缸體水套冷卻液主流方向?yàn)椋阂桓着艢鈧?cè) 三缸排氣側(cè) 三缸進(jìn)氣側(cè) 一缸進(jìn)氣側(cè)。因此，最終在一缸靠近前端的下部區(qū)域形成了流動死區(qū)（圖 9 中黑圈所示），除此之外缸體絕大部分區(qū)域的流速都在 0.5m/s 以上。另外，考慮到缸體下部區(qū)域的熱負(fù)荷較低，可認(rèn)為缸體水套的換熱是滿足要求的。 圖 12 為水孔編號，進(jìn)氣側(cè)的水孔前加字母 “I ” ，排氣側(cè)的水孔前加字母 “E” 。圖 13 為各墊片水孔流量分配。該文原載于中國社會科學(xué)院文獻(xiàn)信息中心主辦的環(huán)球市場信息導(dǎo)報雜志 http： /. 總第 547 期 2014 年第15 期 -轉(zhuǎn)載須注名來源從圖 13 中可以發(fā)現(xiàn)， E1、 E2 和 I1的水流量明顯大于其余各孔。其中，對二缸缸蓋排氣側(cè)換熱影響比較大的 E3 孔和 E4 孔水流量之和僅為 3.978kg/min，這是造成二缸缸蓋排氣側(cè)下平面變形的根本原因。 4 優(yōu)化后水套 CFD 分析 4.1 優(yōu)化方案 根據(jù)對原水套的 CFD 分析結(jié) 果，為增加上水流量和調(diào)整流速，將二、三缸之間的上水孔面積加大一倍，并將 E4 孔外移，如圖 14 和圖 15 所示。圖 16 為氣缸墊水孔優(yōu)化前后的面積對比圖，可以看出水孔 E3 和 E4 的面積都由原方案的19.635 mm2 增加到 39.27 mm2。 4.2 邊界條件 優(yōu)化后的邊界條件的設(shè)置與優(yōu)化前一致。 4.3 分析結(jié)果 4.3.1 壓損分析 4.3.2 換熱分析 （ 1）缸體水套換熱分析 圖 18 為缸體水套優(yōu)化后流速分布圖。從圖中可以看到，優(yōu)化后在一缸靠近前 端的下部區(qū)域形成的流動死區(qū)（黑圈示出）流速有所增加，換熱有所改善 。 （ 2）缸蓋水套換熱分析 圖 19 為優(yōu)化后缸蓋水套表面流速分布圖。從圖中可以看到優(yōu)化后在二缸排氣側(cè)鼻梁區(qū)的流速明顯增加，換熱也會明顯改善，只有少部分區(qū)域的流速仍然低于 2m/s 的流速標(biāo)準(zhǔn)。 4.3.3 氣缸墊各水孔流量分配 圖 21 為優(yōu)化后與原方案氣缸墊各水孔流量分配對比圖（水孔編號參見圖 14）。從圖中看到，對 2 缸缸蓋排氣側(cè)換熱影響比較大的水孔 E3 和 E4，原方案的水流量分別為1.806kg/min 和 2.172kg/min，優(yōu)化后水流量分別上升到2.458kg/min 和 4.093kg/min，這是使得缸蓋鼻梁區(qū)散熱改善的根本原因。 5 結(jié)論 導(dǎo)致發(fā)動機(jī)油水混合的原因很多，本文通過對氣缸體、氣缸蓋、氣缸墊及氣缸蓋螺栓的排查，并利用 CFD 軟件對水套內(nèi)流場和溫度場的分析，最終確定了導(dǎo)致本發(fā)動機(jī)油水混合的原因是二、三缸之間氣缸墊上水孔面積過小。而氣缸體水套的鑄造誤差導(dǎo)致氣缸墊上水孔面積更小，造成氣缸蓋散熱不足而變形，最終使得冷熱沖擊試驗(yàn)失敗。通過優(yōu)化上水孔面積，并合理移動上水孔位置，排除氣缸體水套鑄 造誤差引起上水套堵塞的風(fēng)險。加大二、三缸之間水流量后，解決了氣缸蓋散熱不足的問題，后期的冷熱沖擊