某增壓汽油機(jī)油冷器的優(yōu)化設(shè)計

張 蕾

（合肥市經(jīng)貿(mào)旅游學(xué)校，安徽 合肥 230012）

前言

在高性能增壓發(fā)動機(jī)上，由于熱負(fù)荷較大，必須安裝機(jī)油冷卻器，實現(xiàn)防止?jié)櫥蜏囟冗^高的目的，保證油溫平穩(wěn)，實現(xiàn)潤滑系統(tǒng)正常工作的目的[1]。目前常用的油冷器是利用發(fā)動機(jī)冷卻水對機(jī)油進(jìn)行冷卻，冷卻水和潤滑油之間隔著一層金屬壁[2]，所以存在高溫潤滑油和低溫冷卻水溫差較大的現(xiàn)象，這就造成油冷器會產(chǎn)生冷熱沖擊，如果設(shè)計不合理就會造成油冷器破壞問題[3,4]。某增壓汽油機(jī)在交變負(fù)荷試驗過程中出現(xiàn)油冷器油水混合的問題，需要對原油冷器進(jìn)行分析，確定破壞原因，同時提出優(yōu)化方案，再次對優(yōu)化方案進(jìn)行分析驗效果。

1 原方案油冷器分析

首先確定交變負(fù)荷試驗中的惡劣工況，然后對原方案油冷器進(jìn)行分析，確定結(jié)構(gòu)薄弱位置是否與試驗破壞位置相符。

具體工況如圖1 所示，該圖為統(tǒng)計一個循環(huán)試驗過程中油溫和水溫最大溫差情況，根據(jù)溫度分布可知，最大溫差為65.3℃，同時確定該工況下機(jī)油流量為11.2L/min，水流量為12.7L/min，總的換熱量為7.1kW。

圖1

以該工況為邊界，對油冷器進(jìn)行分析，得到油冷器溫度場云圖，如圖2 所示。將溫度場數(shù)據(jù)映射到結(jié)構(gòu)分析模型中，得到油冷器的變形量，如圖3 所示，根據(jù)變形量可知，頂板變形最大，最大變形量為0.153mm。同時按照高周疲勞分析方法進(jìn)行油冷器安全系數(shù)分析，得到試驗破壞位置的疲勞安全系數(shù)最低，為0.95，薄弱區(qū)域與試驗破壞位置相符，疲勞安全系數(shù)低于1，結(jié)構(gòu)存在破壞的風(fēng)險，具體對比如圖4 所示，說明分析結(jié)果可靠，準(zhǔn)確性較高。所以需要對原方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以提高破壞區(qū)域的強(qiáng)度。

圖2

圖3

圖4

2 優(yōu)化方案油冷器分析

根據(jù)圖3 變形量可知，頂板位置處的變形最大，且兩側(cè)變形比中間大，變形較大區(qū)域出現(xiàn)了油水混合問題。所以提出優(yōu)化方案，對最上層頂板進(jìn)行加厚處理，將頂板厚度增加0.5mm。再次基于相同工況對優(yōu)化方案進(jìn)行分析，得到優(yōu)化方案的分析結(jié)果，其中最大變形量為0.132mm，變形量降低13%，機(jī)油冷卻器熱應(yīng)力云圖如圖5 所示，應(yīng)力較大區(qū)域出現(xiàn)在油冷器結(jié)構(gòu)破壞位置，應(yīng)力為46.5Mpa，與原方案相比降低約15%。根據(jù)疲勞安全系數(shù)結(jié)果可知，薄弱位置的疲勞安全系數(shù)為1.25，安全系數(shù)提升約30%，提升明顯，說明優(yōu)化方案對油冷器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)效果明顯。

圖5

3 結(jié)束語

本文是基于發(fā)動機(jī)產(chǎn)品開發(fā)過程中出現(xiàn)的試驗問題開展的，通過對試驗狀態(tài)下的方案進(jìn)行研究，首先機(jī)型溫度場分析，然后將溫度場數(shù)據(jù)映射到結(jié)構(gòu)分析模型中，進(jìn)行分析得到應(yīng)力云圖、變形量云圖和疲勞安全系數(shù)云圖，確定分析薄弱區(qū)域與試驗破壞位置相符，同時分析確定優(yōu)化方案，采用相同分析方法對優(yōu)化方案進(jìn)行分析，得到各云圖結(jié)果，根據(jù)對比可知，優(yōu)化方案安全系數(shù)提升明顯，安全系數(shù)大于1，說明優(yōu)化方案有效，可以解決油冷器因冷熱沖擊造成的油水混合問題。