[发明专利]一种用于多缸发动机冷却水套的优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于多缸发动机冷却水套的优化设计方法，可以实现多缸发动机各缸缸盖的均匀冷却。

背景技术

发动机冷却系统的作用是将发动机受热部分的多余热量吸收并散发出去，保证发动机所有部件正常稳定的工作。冷却不足、冷却过度都会对发动机的可靠性和使用寿命造成一定的影响，导致其工作性能下降，严重时甚至不能正常工作。

特别是高强化多缸发动机，对冷却系统的性能提出了更加严格的要求，各缸的冷却均匀性直接影响发动机的整体性能。因此，冷却系统的设计一直以来是发动机设计开发中的重要环节。

冷却水套内的冷却液分布规律直接影响发动机的零件的热负荷、冷却效率以及整机的热量利用和分配。目前，在多缸发动机冷却水套的设计研究中，主要有实机试验和仿真分析两种研究手段。

实机试验是最接近实际情况的试验方法，不过由于周期长、成本高、难以在冷却水套内部布置温度和压力传感器等条件限制，无法得到广泛应用。

仿真分析（CFD）的手段，具有设计成本低、周期短、信息量大等优点，可以在试验条件受限的情况下进行性能预测，随着目前CFD技术水平的快速发展，利用仿真手段研究发动机冷却水套的性能成为可能。然而，针对多缸发动机各缸冷却不均匀的现象，工程中往往需要对其冷却水套进行优化设计，如果只是单纯地应用仿真工具，需要不断试算，不仅工作量大，而且结果也会和优化目标产生一定偏差。

本发明为解决上述问题，提出了一种行之有效的用于多缸发动机冷却水套的优化设计方法，具有成本低、周期短、适用范围广等优势，可以为多缸发动机各缸缸盖的均匀冷却提供方向和理论指导，具有重大的实用价值。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于多缸发动机冷却水套的优化设计方法，可以实现多缸发动机各缸缸盖的均匀冷却，以改进多缸发动机的整体冷却效果。

为了实现本发明的目的，提出了一种用于多缸发动机冷却水套的优化设计方法。包括如下步骤：首先以节流式流量计的计量原理为依据，引入等效流阻的概念，并将流量等效为电流，将压差的开方等效为电压，将冷却液流经的多缸发动机冷却水套的各部件，包括各缸缸体水套、上水孔、缸盖水套、回水管等，等效为电阻，根据冷却液的流向，建立多缸发动机冷却水套总入口和总出口之间的类比电路图，称之为流阻图；然后对流阻图进行流阻分析，同时综合考虑加工工艺和加工成本的限制，优化设计各缸缸盖的上水孔尺寸，以灵活调整各缸缸盖的冷却液流量分配，从而实现多缸发动机各缸缸盖的均匀冷却。

所述流阻分析的方法，是利用试验手段或仿真工具得到的各缸缸盖冷却液流量，使其作为已知条件，通过对流阻图中总入口和总出口之间的各冷却液回路建立关于压差、流量以及流阻的方程。对于每个回路，总入口和总出口之间的压差是相同的，由此可以得到缸体、上水孔、缸盖、回水管等部件对应流阻的关系；并以各缸缸盖冷却液流量相同为优化目标，对缸体、上水孔、缸盖、回水管等部件进行优化设计，实现各缸缸盖冷却液流量的均匀分配。

本发明提出的用于多缸发动机冷却水套的优化设计方法，成本低、周期短、可以以最小的工作量实现最精确的调整。其只需要基于试验手段或仿真工具得到的各缸缸盖冷却液流量，即可对流阻图进行流阻分析，进而精确求解具体的上水孔优化尺寸。

本发明提出的用于多缸发动机冷却水套的优化设计方法，具有广泛的适用范围，适用于不同结构的多缸发动机冷却水套的优化设计。对于具有不同结构的多缸发动机，其冷却液的分配形式会有所不同，从而建立的流阻图也不尽相同。然而，也可以依据本设计方法按照工程实际中的发动机结构和冷却液流向建立相应的流阻图，完成冷却水套结构的优化设计。

附图说明

图1为n缸发动机冷却水套内冷却液流动的等效流阻图。

图2为冷却水套整体结构图。

图3为冷却水套左视图。

图4为冷却水套排气侧视图。

图5为六缸发动机冷却水套内冷却液流动的等效流阻图。

图6为上水孔和缸盖几何模型。

图7为相对流阻和上水孔直径的关系曲线图。

图8为改进前后各缸盖分配的冷却液流量占总流量百分比的对比图。

图9为改进前缸盖底平面速度场分布图。

图10为改进后缸盖底平面速度场分布图。

图11为改进前后缸盖鼻梁区冷却液平均速度分布对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。