某增压汽油机油冷器的优化设计

张 蕾

（合肥市经贸旅游学校，安徽 合肥 230012）

前言

在高性能增压发动机上，由于热负荷较大，必须安装机油冷却器，实现防止润滑油温度过高的目的，保证油温平稳，实现润滑系统正常工作的目的[1]。目前常用的油冷器是利用发动机冷却水对机油进行冷却，冷却水和润滑油之间隔着一层金属壁[2]，所以存在高温润滑油和低温冷却水温差较大的现象，这就造成油冷器会产生冷热冲击，如果设计不合理就会造成油冷器破坏问题[3,4]。某增压汽油机在交变负荷试验过程中出现油冷器油水混合的问题，需要对原油冷器进行分析，确定破坏原因，同时提出优化方案，再次对优化方案进行分析验效果。

1 原方案油冷器分析

首先确定交变负荷试验中的恶劣工况，然后对原方案油冷器进行分析，确定结构薄弱位置是否与试验破坏位置相符。

具体工况如图1 所示，该图为统计一个循环试验过程中油温和水温最大温差情况，根据温度分布可知，最大温差为65.3℃，同时确定该工况下机油流量为11.2L/min，水流量为12.7L/min，总的换热量为7.1kW。

图1

以该工况为边界，对油冷器进行分析，得到油冷器温度场云图，如图2 所示。将温度场数据映射到结构分析模型中，得到油冷器的变形量，如图3 所示，根据变形量可知，顶板变形最大，最大变形量为0.153mm。同时按照高周疲劳分析方法进行油冷器安全系数分析，得到试验破坏位置的疲劳安全系数最低，为0.95，薄弱区域与试验破坏位置相符，疲劳安全系数低于1，结构存在破坏的风险，具体对比如图4 所示，说明分析结果可靠，准确性较高。所以需要对原方案进行结构优化，以提高破坏区域的强度。

图2

图3

图4

2 优化方案油冷器分析

根据图3 变形量可知，顶板位置处的变形最大，且两侧变形比中间大，变形较大区域出现了油水混合问题。所以提出优化方案，对最上层顶板进行加厚处理，将顶板厚度增加0.5mm。再次基于相同工况对优化方案进行分析，得到优化方案的分析结果，其中最大变形量为0.132mm，变形量降低13%，机油冷却器热应力云图如图5 所示，应力较大区域出现在油冷器结构破坏位置，应力为46.5Mpa，与原方案相比降低约15%。根据疲劳安全系数结果可知，薄弱位置的疲劳安全系数为1.25，安全系数提升约30%，提升明显，说明优化方案对油冷器结构的改进效果明显。

图5

3 结束语

本文是基于发动机产品开发过程中出现的试验问题开展的，通过对试验状态下的方案进行研究，首先机型温度场分析，然后将温度场数据映射到结构分析模型中，进行分析得到应力云图、变形量云图和疲劳安全系数云图，确定分析薄弱区域与试验破坏位置相符，同时分析确定优化方案，采用相同分析方法对优化方案进行分析，得到各云图结果，根据对比可知，优化方案安全系数提升明显，安全系数大于1，说明优化方案有效，可以解决油冷器因冷热冲击造成的油水混合问题。