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基于CFD的橡胶悬置热管理优化分析刘全等

吕老师

2年前浏览1062

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。

图1 热害仿真

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。

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。

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。

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来源：汽车NVH云讲堂

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首次发布时间：2023-04-12

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