某增壓汽油機油冷器的優化設計

張 蕾

（合肥市經貿旅游學校，安徽 合肥 230012）

前言

在高性能增壓發動機上，由于熱負荷較大，必須安裝機油冷卻器，實現防止潤滑油溫度過高的目的，保證油溫平穩，實現潤滑系統正常工作的目的[1]。目前常用的油冷器是利用發動機冷卻水對機油進行冷卻，冷卻水和潤滑油之間隔著一層金屬壁[2]，所以存在高溫潤滑油和低溫冷卻水溫差較大的現象，這就造成油冷器會產生冷熱沖擊，如果設計不合理就會造成油冷器破壞問題[3,4]。某增壓汽油機在交變負荷試驗過程中出現油冷器油水混合的問題，需要對原油冷器進行分析，確定破壞原因，同時提出優化方案，再次對優化方案進行分析驗效果。

1 原方案油冷器分析

首先確定交變負荷試驗中的惡劣工況，然后對原方案油冷器進行分析，確定結構薄弱位置是否與試驗破壞位置相符。

具體工況如圖1 所示，該圖為統計一個循環試驗過程中油溫和水溫最大溫差情況，根據溫度分布可知，最大溫差為65.3℃，同時確定該工況下機油流量為11.2L/min，水流量為12.7L/min，總的換熱量為7.1kW。

圖1

以該工況為邊界，對油冷器進行分析，得到油冷器溫度場云圖，如圖2 所示。將溫度場數據映射到結構分析模型中，得到油冷器的變形量，如圖3 所示，根據變形量可知，頂板變形最大，最大變形量為0.153mm。同時按照高周疲勞分析方法進行油冷器安全系數分析，得到試驗破壞位置的疲勞安全系數最低，為0.95，薄弱區域與試驗破壞位置相符，疲勞安全系數低于1，結構存在破壞的風險，具體對比如圖4 所示，說明分析結果可靠，準確性較高。所以需要對原方案進行結構優化，以提高破壞區域的強度。

圖2

圖3

圖4

2 優化方案油冷器分析

根據圖3 變形量可知，頂板位置處的變形最大，且兩側變形比中間大，變形較大區域出現了油水混合問題。所以提出優化方案，對最上層頂板進行加厚處理，將頂板厚度增加0.5mm。再次基于相同工況對優化方案進行分析，得到優化方案的分析結果，其中最大變形量為0.132mm，變形量降低13%，機油冷卻器熱應力云圖如圖5 所示，應力較大區域出現在油冷器結構破壞位置，應力為46.5Mpa，與原方案相比降低約15%。根據疲勞安全系數結果可知，薄弱位置的疲勞安全系數為1.25，安全系數提升約30%，提升明顯，說明優化方案對油冷器結構的改進效果明顯。

圖5

3 結束語

本文是基于發動機產品開發過程中出現的試驗問題開展的，通過對試驗狀態下的方案進行研究，首先機型溫度場分析，然后將溫度場數據映射到結構分析模型中，進行分析得到應力云圖、變形量云圖和疲勞安全系數云圖，確定分析薄弱區域與試驗破壞位置相符，同時分析確定優化方案，采用相同分析方法對優化方案進行分析，得到各云圖結果，根據對比可知，優化方案安全系數提升明顯，安全系數大于1，說明優化方案有效，可以解決油冷器因冷熱沖擊造成的油水混合問題。