某发动机缸盖水套气蚀故障分析.pdf

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1、38内燃机与配件2015年第7期某发动机缸盖水套气蚀故障分析CavitationFaultAnalysisofEngineCylinderHeadWaterJacket梁彦勇李飞杨文乐陈佳(海马轿车有限公司)[摘要]某款发动机在开发初期，道路试验过程中出现排气冒白烟的现象，拆机查看后，认定是冷却液在缸盖内流动分布不合理引起发动机局部过热，进而缸盖局部形成核态沸腾，导致缸盖水套气蚀剥落，发动机冷却水进入燃烧室，出现排气冒白烟。本文针对水套冷却液流动分布不合理这一因素，运用仿真计算预测水套冷却液的流动分布，并为此水套进行优化设计，为问题的解决提

2、供参考依据。[关键词]发动机缸盖水套气蚀CFD计算分析Abstract：Engineoccurwhitesmokephenomenonintheroadtesting，afterdisassemblingengine，wefoundthatrefrigerantunreasonableflowdistributionincylinderheadinduceenginelocaloverheat，lo-calcylinderheadformnucleateboiling，SOcylinderheadwaterjacketcavitations

3、trip，enginerefrigerantinterintocombustionchamber，appearingwhitesmokeintheexhaustside．Thispaperusesimulationcal—culationtoforecastflowdistributionofwaterjacketrefrigerant，optimizewaterjacket，offerreferenceforsolvingproblem．Keywords：EngineCylinderHeadWaterJacketCavitationCFD

4、Analysis0引言冷却系统是发动机的重要组成部分，发动机缸盖能否正常工作，与缸盖水套的布置及水套内冷却液的流动方式息息相关。合理的冷却水套结构和冷却液进水口布置，可以加强高温区域的冷却液流动及强化传热，降低这些区域的热负荷，有效提高发动机可靠性及耐久性。计算流体动力学(Computa．tionalFluidDynamic，简称CFD)是目前用于三维流动问题的主要手段，利用CFD技术分析研究发动机冷却水套的冷却能力，可以找出影响发动机冷却水套性能的主要因素，进而从理论指导设计工作，减少试验的盲目性。1问题描述和原因分析试验车在进行路试的过

5、程中，发现发动机在起动后从排气管持续冒出大量的白烟，运转约3分钟后，排气管中仍有白烟冒出且更严重，并从排气管处出现流水现像，见图1，车下消音器处也有流水现象且严重；停机后检查机油，机油标尺上呈现出的机油颜色为乳白色，见图2。经过对以上现象分析，初步确认此发动机燃烧室进水，并导致油水混合，发动机报废。图I排气管冒白烟，且出现流水图2机油为乳白色梁彦勇李飞杨文乐陈佳：某发动机缸盖水套气蚀故障分析39对发动机进行分解并进一步查找原因，解剖缸2．1质量守恒原理‘21翥釜竺銮蠢皇主茎#等妻粟萎熟嚣，3冬等詈+麦㈨卜s。别是一缸处最严重，导致水套与进气

6、道相通，冷却钾批c‘‘。液经迸气道进入燃烧室。2．2动量守恒原理图3缸盖水喜气蚀诱发缸盖水套气蚀的原因有很多，例如：缸盖本身的材料不合格，导致水套抗高温能力较弱；水道结构不合理，导致水套各位置冷却不均匀，局部出现高温致冷却液沸腾；水套内有冷却死角或水套内铸造有缺陷，冷却液在局部无法流动，造成局部高温；发动机长期过载运转，导致水温长时间过高；冷却液内气体没有排干净，导致发动机冷却不良而出现高温等等。在缸盖鼻梁区出现气蚀，一般是由于当发动机工作环境较恶劣时，此处冷却效果不良，出现局部温度过高所致。当温度达到冷却液气化温度时，就会因冷却液的气化而

7、产生大量气泡，气泡汇聚在水套表面且越聚越大，最终被压溃并产生强大的冲击压力，反复冲击水套表面，同时形成的气泡会将水套表面与冷却液隔开，而是水套丧失冷却能力，使缸盖水套的温度进一步升高，形成恶性循环。当气泡对水套的反复冲击超过缸盖材料的疲劳强度时，就会在水套表面形成麻点，严重时甚至洞穿水套壁。经对图3分析，认为本发动机出现的即为此类气蚀现象。针对本缸盖水套在工作环境恶劣时，出现局部高温的问题，水套冷却液流动分布不合理，是最主要的原因。目前可以应用CFD技术模拟得到水套流域内的流动分布情况，验证这一结论，并可以优化水套结构，得到合理的流动分布为

8、后期此问题的解决提供参考。2计算模型及边界条件计算过程中认为冷却液是不可压缩的湍流流体，利用有限体积法将空间区域进行离散化处理，通过非耦合求解器对连续性方程、动量方程、能量方程及