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基于CFD的橡胶悬置热管理优化分析

2017/6/14    来源:互联网    作者:刘全  杜雪伟  胡国梁      
关键字:悬置  热害  CFD  
本文介绍了纵置发动机橡胶悬置结构和布置形式,提出该结构形式容易产生热害问题并分析原因,通过CFD软件Fluent对某款车型的悬置仿真分析,仿真验证优化方案有效性,并最终试验验证。

    汽车发动机悬置是汽车振动系统一个重要的 子系统,该系统的性能优劣直接影响整车的NVH性 能。长期处于较热环境下,橡胶悬置寿命和减振性 能会有一定程度的衰减,通过合理的隔热措施可使 悬置工作在合理温度下,减缓热衰减。

    1 动力总成悬置系统基本功能

    汽车发动机悬置既是弹性元件有时减振装置, 一般有一下几方面作用:

    (1)支撑作用。

    悬置最基本的作用是支撑发动机动力总成。

    (2)限位作用。

    悬置能有效的限值动力总成最大位移,以避免 动力总成与相邻零件发生碰撞和干涉,确保发动机 正常工作

    (3)隔振作用。

    作为车身和发动机的的连接件,阻止发动机向 车身传递振动力,同时衰减路面激励引起的动力总 成振动。

    (4)橡胶热老化。

    天然橡胶因其优异的综合性能在发动机悬置 上广泛应用,但相关试验显示,橡胶的邵氏硬度随 热老化时间的增加先提高后下降,在老化初期,以 交联效应为主,交联密度上升;随着老化时间的延长,最终已降解效应为主。这种变化会对橡胶的力 学性能产生影响,从而降低其减振性能,整车NVH 性能随之下降。

    2 纵置发动机悬置热害

    纵置发动机悬置一般布置在发动机的左右两 侧距离发动机本体较近位置,冷却风扇一般布置在 其上风向,这种布置导致其容易产生热害问题:

    (1)排气系统无论在左侧还是右侧,均会与该 侧悬置距离较近,排气系统壁面温度较高,辐射到 悬置上导致其温度升高。

    (2)经过冷却模块(散热器、冷凝器)加热后的 热风,被风扇加速后吹到悬置附近,使其周围空气 温度较高,致使悬置无法与周围空气有效对流换 热。

    较高的辐射温度和较差的散热环境,使悬置极 易产生热害问题。

    3 纵置发动机悬置优化分析

    对某纵置发动机车型悬置进行仿真分析,悬置 距离排气系统催化器最近距离为130mm,催化器温 度约为500°C,采用CFD软件Fluent仿真,最高温 度为124°C见图1,超过其恶劣工况耐受温度 120°C,最高温度位置出现在近排气管一侧。

    1

    图1

    在悬置近热源侧加装35mm高的隔热挡板见图2,悬置温度降低到106°C见图3,说明隔热板有效的阻挡了热辐射。

    2

    隔热挡板高度加高15mm见图4,悬置温度降低到 94°C见图5,说明加大尺寸后隔热效果有较好的提升。

    3

    在整车热环境舱中对优化方案试验测试,下图 为隔热挡板及在实车上安装图,悬置优化前实测最 高温度128°C,优化后实测最高温度为96°C,与仿 真结果一致,说明该方案有效的降低了辐射对悬置 产生的热老化影响。

    4

    4 结论

    本文通过仿真与试验结合方法,先是在仿真中 发现问题,提出优化方向并制订优化方案,在仿真 中验证了优化方案的有效性,并对比不同优化方案 的效果,最终在试验中验证,成功的解决了悬置热 害问题,提升了橡胶悬置的使用寿命。

责任编辑:张纯子
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