摘要：本世纪初以来，我国摩托车制造业迅速崛起，同时摩托车发动机也得到了很大的发展，但与国外发动机技术相比仍有很大差距。水冷式摩托车发动机可以说是在风冷的基础上进行了改进。不同之处在于，在缸盖和缸体周围设置有冷却水通道，冷却水通过水泵从冷却水通道输送到散热器，热量通过散热器传递到散热器。空气中。冷却后的水通过散热器返回到水渠，循环往复。从理论上讲，水冷只是比空冷多一种传热介质，但它具有空冷发动机无法比拟的优点。首先，水冷却提供了大排量、高压缩比发动机的可能性。其次，不需要在缸体和缸盖上布置散热片，减小了发动机的尺寸，降低了对发动机布置位置的要求。可以找到最有利的安装位置。此外，随着排放法规越来越严格，水冷却系统提供了一个稳定的燃烧环境和低热负荷，使精益燃烧成为可能。在此基础上，本文对大排量摩托车水冷发动机冷却泵叶轮的优化设计进行了探讨，供相关人员参考。
关键词：摩托车；水冷发动机；冷却泵叶轮；大排量
1摩托车水冷发动机的工作原理
从水泵冷却水流出后，进入缸体的水通道通过管接头和水管，然后从出口流出的汽缸，进入散热器，并流回水泵冷却空气冷却后完成循环。在缸盖出水口设置恒温器，可根据水温调节水循环流量。同时，温控器附近设置有温度传感器，通过仪表板上的指示可以随时观察水温，控制风机开关。散热器设置在发动机前方，可根据使用情况设置轴流风机。例如，一辆公路汽车由于经常高速行驶，可以有足够的冷却空气，所以只能使用散热器而不是轴流风机。然而，对于王子和滑板车这样的车型，通常是在低速和中速下使用，散热器后面安装了一个由温度传感器控制的轴向风扇。当车速较低或怠速时，风扇打开并冷却。
2摩托车水冷发动机结构及特点
水冷发动机具有压缩比高、功率大、冷却性能好、耐久性好、噪声低、热负荷小、排放性能好等优点。广泛应用于二轮、三轮摩托车。（包括ATV和UTV），但也存在一些缺陷，限制了水冷发动机的使用。（1）缸体气缸孔外为环形水室。孔壁相对较薄。当发动机处于高温状态时，缸套容易变形，导致活塞拉缸，从而导致发动机故障。（2）从缸体组合和缸盖组合来看，水通道靠近燃烧室，缸盖密封系统为双向密封，结构复杂的多层垫片既不能让冷却剂泄漏油。在中间，油或高压气体不能泄漏到冷却液中，接头表面质量相对较高。（3）水冷式发动机缸盖水箱布置较多，强度要求较高。由于一些农村客户有时直接加自来水而不加冷却剂，这将导致冬季结冰膨胀，导致水路壁爆裂，直接导致发动机故障。（4）水泵水封对水泵轴的硬度和粗糙度要求较高，制造难度较大。润滑不良易产生磨损和冷却剂泄漏。
3摩托车水循环系统影响因素
3.1散热器
散热器是一个热交换器，将冷却水的热量转移到大气中。它是水冷发动机的重要辅助装置，与发动机单独安装在摩托车上。散热器的散热能力与冷却水单位时间循环时间、散热面积、通风量等因素有关。散热面积和通风是散热器的重要参数。
3.2冷却泵
冷却泵由泵壳、叶轮和水封装置组成，均采用离心水泵。叶轮设置在冷却泵壳体内，通过设置在阀瓣上的径向叶片泵水。冷却水从中间流入，在叶轮旋转的离心力作用下，水被泵出排水沟。为防止冷却泵产生气泡，冷却泵不能直接由曲轴驱动。冷却泵必须由减速机构驱动，在发动机最高转速下冷却泵转速不得超过6000 r/min。
3.3冷却介质
水冷发动机的冷却介质是水。今天的摩托车不使用纯水，而是混合了水、防冻剂（通常是乙二醇）和各种特殊用途的防腐剂。原因是纯水具有腐蚀作用，如发动机的金属部件、橡胶管等。此外，冷却泵不能只用水润滑。这在寒冷的冬天是做不到的。当发动机停止时，冷却水可能会结冰，发动机和散热器也会结冰。这些制冷剂的防冻剂含量占30%到50%，提高了液体的冰点，防止发动机在低温下结冰而损坏。
4冷却泵影响因素分析及叶轮的参数优化
4.1影响冷却泵性能的因素
几个因素对性能有很大的影响的冷却泵总结如下：（1）叶片的安装角的影响：叶片的安装角指这里的定义是：背后的切线刀片工作面入口处径向方向之间的角度和位置。（2）叶片数量的影响；（3）冷却泵叶轮直径的影响；（4）蜗壳的影响；（5）泵舌与壳体间隙的影响；（6）转速的影响。
4.2各因素对冷却泵性能影响的仿真分析
针对摩托车的空间结构和发展周期，本文仅模拟了叶片安装角、叶片数量和叶片直径对冷却泵性能的影响。在分析某一因素的影响时，只考虑因素，其他因素不变，不改变的因素指的是原始叶轮参数：叶轮叶片的数量是6块，叶片安装角是10°，叶轮盘直径是35毫米。
4.2.1叶片安装角的影响
通过改变叶片的安装角度，分析了叶片对冷却泵性能的影响。所考虑的安装角包括：0°安装角、10°安装角、15°安装角和20°安装角。
4.2.2叶片数的影响
根据上一节的结果，当叶片安装角为15°时，流量最大。本节固定叶片安装角为15°，圆盘直径为35mm。通过改变叶片的数量，分析了叶片的数量。受冲击后，根据试验试验见下表，叶片的最佳数量为6 ~ 7个。
4.2.3叶轮盘径的影响
通过模拟叶片数量和叶片安装角6°和15°得到最大流量。本节固定叶片安装角度为15°，叶片数量为6片。通过改变叶轮直径来分析叶轮直径。泵性能的影响，由于摩托车发动机安装的局限性：最大叶轮直径不能超过45mm，所以考虑采用不同叶轮直径的冷却泵：20mm、25mm、35mm、45mm。
总之，冷却泵的影响因素进行了总结：总结了各种因素影响冷却泵流，和三个主要影响因素：叶轮的叶片，叶片的安装角和叶轮的直径，这对叶轮进行了优化。
冷却泵叶轮的仿真分析及规律总结：对上述影响冷却泵叶轮性能的三个因素进行了详细的仿真分析，并以图表的形式描述了它们对冷却泵性能的规律性。通过仿真分析，总结出叶轮随主要变量的变化规律：（1）随着叶片数量的增加，冷却泵的泵送能力增强，但叶片数量超过6片后强化趋势开始减弱；（2）0度至15°随着叶片角度的增大，冷却泵的泵送能力增强，超过15°时泵送能力开始减弱；（3）随着叶轮直径的增大，冷却泵的泵送能力增大。
根据叶轮性能随三个因素变化的规律，对原叶轮进行优化：选择的叶片数量仍为6片，叶片角度为15°，叶轮盘直径为45 mm。
实现前后两种冷却泵的对比仿真分析：完成优化叶轮的三维实体模型，并对优化前后叶轮进行对比仿真分析。最后的分析结果表明，优化后的叶轮与原叶轮相比有明显的改善。在背压40KPa和45KPa下，5000r/min最大流速分别提高16.1%和8.8%。
参考文献：
[1]周文全，王胜华.一种新型摩托车水冷发动机的开发设计[J].摩托车技术，2016（02）：33-38.
论文作者:卢业刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第15期
论文发表时间:2019/8/6
标签：叶轮论文; 叶片论文; 发动机论文; 水冷论文; 散热器论文; 摩托车论文; 因素论文; 《基层建设》2019年第15期论文;