基于CFD的单缸风冷柴油机气缸盖冷却分析

基于 CFD 的单缸风冷柴油机气缸盖冷却分析摘要：针对某单缸风冷柴油机冷却效果差的问题，提出结构改进设计方案。应用 Hypermeh 和 fluent 软件建立有限元模型并进行气缸盖的流场及流量分析。通过对主要改进方案的流场及流量结果对比分析，得到改进后的气缸盖的冷却效果得到明显改善的结论。关键词：风冷单缸柴油机；冷却效果；流场分析0 引言某型单缸柴油机为风冷冷却方式，冷却效果较差，其中气缸盖冷却问题较多，尤其是气缸盖的冷却问题较多，所以在标定点的平均有效压力偏低，比油耗偏高。风冷柴油机的冷却可以分成两个问题来进行讨论，即冷却风量的分配和气缸盖的冷却重点[1]。从风冷发动机来看，需要主要冷却的是气缸盖，尤其是涡流柴油机，燃烧室在气缸盖上，需要重点冷却[2]。1 原机的冷却系统1.1 冷却风量的分配由原机冷却系统的内部结构可以看出气缸套的冷却风入口截面远大于气缸盖冷却风的入口截面，且靠近冷却风扇的出风口。通过冷却系统流场分析可知进入气缸套散热片的流量和其它部位的流量占 52.5%，进入气缸盖的流量占 47.5%。原机的冷却风流量虽然较大，但有近一半的冷却风冷却的部位属无效。在气缸盖上有 12%的冷却风由缸盖下方进入冷却推杆套，此处温度较低，无需重点冷却。另外有 23%的流量直接从气缸盖上部流入，从喷油器开口端进入到大气中，不起冷却作用。1.2 气缸盖的冷却问题根据原机气缸盖内部散热片结构可知，左边为进气管，冷却风从进气管侧由下至上进入气缸盖。上方是涡流燃烧室和喷油器，右边是排气管，这些地方是需要重点冷却的部位。原机气缸盖存在的冷却问题有：1.2.1 鼻梁区的冷却早期的气缸盖由于铸造水平较低，采纳压铸方法来保证散热片的清砂，但这样会削弱气缸盖的刚度[3]。为防止鼻梁区开裂，几乎将鼻梁区堵死，造成鼻梁区散热不畅，热负荷增大。原机为加强分体式气缸盖，气缸盖顶板采纳铸铁件，铸铁的导热性较差，不利于气缸盖顶部的散热效果，导致热负荷增大。1.2.2 涡流室的冷却涡流室是气缸盖热负荷最大的部位之一，但原机在涡流室上只有 3 片很短的散热片。另外从流场分析结果来看有 23.4%的流量从最外侧的散热片上方流经喷油器上方的出风口直接流出，起不到冷却作用。1.2.3 排气道的冷却及改进由于散热片设置的不合理，冷却风只能从右侧进气道和进气道下方的通道流入鼻梁区和排气道，然后从排气道流出，所以进风口面积偏小。2 冷却系统的改进2.1 冷却风量的重新分配将导风罩底板...