柴油機(jī)缸套周圍溫度場優(yōu)化及對顆粒物排放影響的研究.pdf

1、車用發(fā)動機(jī)發(fā)展的兩大趨勢是節(jié)能和環(huán)保。柴油機(jī)較汽油機(jī)在節(jié)能方面更具有優(yōu)勢，但是由于柴油機(jī)的顆粒物排放量較高，使柴油機(jī)在滿足較嚴(yán)格的排放法規(guī)方面存在一定困難。缸套變形引發(fā)竄機(jī)油是柴油機(jī)顆粒物排放惡化的主要因素之一。目前國內(nèi)外著名研究院所和企業(yè)采用的傳統(tǒng)方法是通過增加機(jī)體剛度，達(dá)到減小缸套變形、降低顆粒物排放的目的。實(shí)際上，缸套周圍溫度場分布不均勻也是缸套的變形的一個主要原因。本論文的作者從該角度出發(fā)，創(chuàng)新性地提出通過優(yōu)化缸套周圍溫度場的分

2、布，減小缸套變形，從而降低顆粒物排放。 作者以目前廣泛使用的493柴油機(jī)為研究對象，利用Star-cd軟件模擬機(jī)體和缸蓋內(nèi)冷卻介質(zhì)的流動及散熱情況。對冷卻介質(zhì)流場、溫度場以及冷卻水腔的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行研究。其結(jié)果表明原機(jī)機(jī)體冷卻介質(zhì)流動及散熱狀況存在不足，主要表現(xiàn)為四個氣缸冷卻介質(zhì)流場、溫度場分布不均，并且每個氣缸左右兩側(cè)冷卻介質(zhì)流場、溫度場分布也不均。根據(jù)對原機(jī)冷卻水腔的研究，提出若干優(yōu)化方案，反復(fù)模擬優(yōu)化。優(yōu)化前標(biāo)定功率57千瓦的

3、柴油機(jī)在最大扭矩點(diǎn)工況下，缸套周圍冷卻介質(zhì)最大溫差為28℃。優(yōu)化后流場和溫度場分布趨于合理，其最大溫差降低為15℃左右。功率提高到68千瓦后，其最大溫差也比優(yōu)化前有所降低。通過以上研究發(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化冷卻水腔結(jié)構(gòu)可以初步實(shí)現(xiàn)均勻缸套周圍溫度場的目的。 然后將Star-cd計算的溫度場結(jié)果作為邊界條件，利用Pro/Mechanica模塊對缸套的變形進(jìn)行耦合計算。計算時對模型適當(dāng)簡化，暫未考慮裝配應(yīng)力、氣缸內(nèi)的爆發(fā)壓力以及冷、熱加工過

4、程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力等。模擬結(jié)果表明：標(biāo)定功率為57千瓦的柴油機(jī)在最大扭矩點(diǎn)工況下，優(yōu)化前缸套因冷卻介質(zhì)溫差造成的變形量為0.0139mm，優(yōu)化后該變形量為0.0065mm；標(biāo)定功率68千瓦的柴油機(jī)在最大扭矩工況下，優(yōu)化前缸套最大變形量為0.0214mm，優(yōu)化后其最大變形量為0.008mm。由此可見，通過優(yōu)化缸套周圍冷卻介質(zhì)溫度場，實(shí)現(xiàn)了減小缸套變形的目的。 最后對優(yōu)化后發(fā)動機(jī)進(jìn)行外特性和排放實(shí)驗，實(shí)驗數(shù)據(jù)證明該優(yōu)化方案使發(fā)動機(jī)滿