某四缸自然吸气发动机改三缸增压发动机的水套优化.pdf

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1、孙莹张国基：某四缸自然吸气发动机改三缸增压发动机的水套优化某四缸自然吸气发动机改三缸增压发动机的水套优化CoolingWaterJacketDesignOptimizationofaThree——CylinderTurbo——chargedGasolineEnginewhichchangedfromaFour—-CylinderNAGasolineEngine孙莹张国基(一汽海马动力有限公司)摘要：介绍了某四缸自然吸气发动机改三缸增压发动机的水套优化过程。经过CFD模拟分析，并优化气缸垫水孑L布置，得到了优化方案的速度场分布。与优

2、化前比较，排气侧、火花塞孔周围以及缸体水套下部的水流速度有明显提高，适应了三缸增压发动机的高功率带来的冷却加强的要求。关键词：高功率；冷却水套；CFD分析；流速Abstract：Thecoolingwaterjacketdesignoptimizationforathree—cylinderturbo—chargedgaso—lineenginewhichchangedfromafour—cylinderNAgasolineenginewasdescribed．ThroughtheCFDsoftwarewasutilizedand

3、thegasketholeswereoptimized，wehavegotthedistributionofcoolingwatervelocityofthethree—cylinderengine．Comparedwiththefour—cylinderengine，coolingwatervelocityoftheareaaroundtheexhaustpart，thesparkplugandthewaterjacketoftheblockcylinderwasin—creasedsignificantly，andthisca

4、nsuppliedforthehighpowerwhichthethree—cylinderturbo—chargedgasolineengineneeded．Keywords：Highpower；coolingwaterjacket；CFD；coolantflowvelocity发动机冷却水套的流动直接影响发动机高温部件的冷却效果，进而影响发动机的运行可靠性。冷却水温度的高低影响发动机的燃烧稳定性，对燃烧排放物的生成也有一定影响。四缸机的功率为77kw，三缸机的功率为8lkw，功率强化。带来的结果就是就要解决缸盖的热负荷问题，因

5、此要尽可能的优化缸盖水套。主要是优化燃烧室顶面、气门鼻梁区、排气侧等高热负荷区域。对四缸机的水套做CFD分析计算，发现迸气侧、排气侧以及燃烧室顶面的流速都有优化的空间。为了解决上述问题，详细分析了四缸机的计算结果，并对气缸垫的水孔进行了优化，同时修改了缸盖局部水路结构。再对优化后的结构进行CFD分析，水流速度得以提升，冷却效果良好，满足了发动机的开发要求。1控制方程与计算边界水套计算假设为i维稳态黏性不可压湍流流动，采用标准k一￡湍流模型求解水套中的流动和传热，基于有限体积法对计算域进行离散化，计算中动量方程采用一阶向前差分格式，

6、质量守恒方程和湍流方程采用CentralDifferencing差分格式，能量方程采用迎风格式。标准k一￡模型只只用于湍流充分发展的高雷诺数湍流流动，对于低雷诺数的近壁区域，本计算中采用了标准壁面函数来解近壁区域内的流动。通过试验手段得到冷却水套的空间壁面温度分布十分困难，因此当进行第1次模拟分析时壁面温度只能按工程经验值设定，若有必要可以进行发动机热固耦合计算，以热同耦合计算结果作为热边砷。、对≈术w一技w一艺一{一p。。o啦14内燃机与配件界。相关研究表明：若水套计算考虑局部沸腾，则必须进行热固耦合计算。本计算没有考虑单相沸腾

7、现象，因此壁面温度采用均匀温度场分布，即缸盖为120℃，缸体为100℃。水套出口可以给定压力边界条件，由于本次计算需要考察在相同质量流量条件下水套的阻力损失，为了保证更高的计算精度，采取了常用的出口物理量梯度Gradient=0边界。2计算流程发动机冷却水套CFD模拟流程如图1所示。首先由CATIA软件建立发动机冷却水套的三维计算域，采用STAR—CCM+划分发动机冷却水套的CFD网格，定义边界后由STAR—CCM+进行模拟图1模拟流程图3结构优化由于功率强化，热负荷增加，所以要重点加强排气侧、燃烧室顶面以及火花塞孑L周围的冷却。

8、在水流量不变的前提下，本次优化的原则就是减少进气侧的水流以增加排气侧的水流。主要做了以下三点优化。3．1图2所示为缸盖水套优化前后对比图。其中黄色为优化前，蓝色为优化后。从图中可以看到，优化后进气侧的水套减少，其中最大可减小到原来面积的1／5．3．