某三缸汽油機出現油水混合原因分析 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 某三缸汽油機在進行冷熱沖擊試驗時出現油水混合的問題，本文通過對可能引起油水混合的原因進行排查，并利用 CFD 軟件對水套內流場和溫度場進行分析，發現二、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，使得實際的上水孔比理論上水量更小，最終導致了氣缸蓋變形，造成油水混合。通過優化上水孔面積，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，從數據分析上和實際試驗中都滿足要求。 某三缸發動機在冷熱沖擊試驗進行到 78 小時時出現油水混合的問題，拆解后發現氣缸墊沖蝕，如圖 1 所示。更換一個新的缸蓋和氣缸墊后 56 小時后又出現油水混合。 2 問題排查 引起氣缸體和氣缸蓋結合面處出現油水混合的原因是此處的密封出現的問題，而組成氣缸體和氣缸蓋結合面處密封的要素有：氣缸墊、氣缸蓋、氣缸體、氣缸蓋螺栓等。 氣缸墊試驗前經過詳細檢測，不存在質量問題；試驗后雖然有明顯沖蝕，但可能是 由其他因素造成的。氣缸體頂面平面度、氣缸體材質等均符合設計要求。氣缸蓋螺栓不存在松脫現象；對試驗后的氣缸蓋螺栓的螺距進行測量，氣缸蓋螺栓不存在拉長現象，排除氣缸蓋螺栓質量問題。對氣缸蓋材質和硬度等進行檢測，符合設計要求。 3.3.2 換熱分析 由于對流換熱系數與流速成正比，因此對流換熱系數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，水套關鍵區域的流速及對流換熱系數需要達到一定的標準。根據經驗，缸體水套上止點區域的流速需達到 0.5m/s 以上，且總體上應該是上大下??；缸間、缸蓋水套 排氣側鼻梁區和火花塞附近都需達到 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為：一缸排氣側 三缸排氣側 三缸進氣側 一缸進氣側。因此，最終在一缸靠近前端的下部區域形成了流動死區（圖 9 中黑圈所示），除此之外缸體絕大部分區域的流速都在 0.5m/s 以上。另外，考慮到缸體下部區域的熱負荷較低，可認為缸體水套的換熱是滿足要求的。 圖 12 為水孔編號，進氣側的水孔前加字母 “I ” ，排氣側的水孔前加字母 “E” 。圖 13 為各墊片水孔流量分配。該文原載于中國社會科學院文獻信息中心主辦的環球市場信息導報雜志 http： /. 總第 547 期 2014 年第15 期 -轉載須注名來源從圖 13 中可以發現， 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下平面變形的根本原因。 4 優化后水套 CFD 分析 4.1 優化方案 根據對原水套的 CFD 分析結 果，為增加上水流量和調整流速，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 優化后的邊界條件的設置與優化前一致。 4.3 分析結果 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 為缸體水套優化后流速分布圖。從圖中可以看到，優化后在一缸靠近前 端的下部區域形成的流動死區（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 為優化后缸蓋水套表面流速分布圖。從圖中可以看到優化后在二缸排氣側鼻梁區的流速明顯增加，換熱也會明顯改善，只有少部分區域的流速仍然低于 2m/s 的流速標準。 4.3.3 氣缸墊各水孔流量分配 圖 21 為優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散熱改善的根本原因。 5 結論 導致發動機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 軟件對水套內流場和溫度場的分析，最終確定了導致本發動機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失敗。通過優化上水孔面積，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