用模拟试验法研究柴油机过热抱缸

liu

工程机械用柴油机的工作环境恶劣，工况变化复杂，抱缸是最常见的一种故障。造成的主要原因是：润滑被破坏、运动件配合不当和冷却不良等。

针对发动机水箱水温偏高问题，曾采取提高风扇速度、增加风量、增大散热面积等措施，但抱缸问题始终未得到解决。几次抱缸事故现场看到的现象是：活塞头部环槽内有大量积碳，活塞环在环槽中运动不灵活，第一道环外圆表面有明显的拉痕和刮伤；活塞裙部外表有拉痕、划伤和金属粘连，个别活塞头部被拉断；缸套有拉痕和擦伤；活塞销、连杆组和轴瓦等均有不同程度的损伤。



为了能随机观察分析冷却水循环特性，最好的办法是，在合理的边界条件下建立模拟试验台（见图1）。采用透明气缸套，在机油冷却壳上设观察窗，采用粒径、密度和条合性适当的白色示踪粒子显示水流方向、流动区域和相对流速。电动机驱动水泵来模拟发动机水路的运动状态。

原机冷却系统走向是：水从左侧进入机体与缸套之间的冷却水箱后，大部分直接从进水孔一侧顶部出水孔进入模拟缸盖，少量水主要以两股带状螺旋形水流沿水流作用范围较小。机体各缸孔间横隔板上部的缸孔上口台肩下沿处有大量气泡和示踪粒子悬浮，不从出水孔排出。此类区域随转速下降而略有上升。后三缸的进水量受机体左侧主水道和截面积的影响而比前三缸少，流动速度比前三缸缓慢。



改进后，各缸之间隔板上部开孔，使各缸上部开孔，使上部冷却水流动状态得到改善，流动死区消失，无悬浮，积聚着不动的示踪粒子和气泡，各缸水套进水孔由后向前移动，远离出水孔，避免了“旁路”现象。在相邻两缸之间横隔板下部开孔，改变流量偏小、流速偏低的问题，形成共用水道，使冷却水能迂回整个汽缸外套的水套后，从顶面出水孔进入模拟缸盖，对缸套进行均匀冷却。同时，使各缸水套上部水的流动得到加强，缸套上部冷却状况得到改善，各缸之间的流动状态接近。

改进后，机体水套上部流动死区彻底消失；消除了水路布置中的“旁路”现象，提高了水套中水的流速，使冷却水能以较高的流速均衡地对各缸冷却；从根本上排除了柴油机过热抱缸的内在原因。

cn_xiaohei

用模拟试验还是用模拟计算？我觉得这个设计问题，或者设计改进问题，应该在产品设计之初就通过CAE解决了。当然楼上的粒子跟踪方法，也是不错的，找到问题根基勒。