水冷式與氣冷式機車引擎冷卻系統熱傳分析

Abstract

機車在台灣以及東南亞為最普遍使用之交通工具，而機車的冷卻系統分為水冷式與氣冷式。機車引擎的散熱系統是直接影響引擎性能的因素，過高的溫度會使零件損壞，過低的溫度會使油耗增加與熱效率降低，故冷卻系統的設計成為很重要的關鍵。冷卻系統設計的優劣與冷卻流體的流量，流速，幾何形狀有關，其中又以幾何形狀影響最大。本文針對一水冷引擎冷卻系統與一氣冷引擎冷卻系統做研究探討。 水冷引擎方面，本文建立光陽LFK5，400cc四行程單缸水冷引擎之數值模型，在不改變引擎整體設計下，設定在轉數6000rpm，探討12種汽缸與汽缸頭間墊片不同開口數，流場及溫度場的結果。Case 1為原始設計開口數為2個開口，Case 2到Case 6也皆是2個開口並做不同方式的排列，Case 7到Case 9做3個開口的排列，Case 10開4個口，Case 11開5個口，Case 12開口全開。透過數值模擬分析水套內之流場及引擎溫度場之分佈。再由機車開發商光陽公司提供引擎運轉時之實際溫度，與數值結果進行比對，發現最大誤差約為10 %左右。此外以3D列印之方式印製一透明之引擎水套，且自行製作汽缸與汽缸頭間之墊片，建立一套易於觀測的實驗系統，觀察流體在水套內之實際流動，將所觀察之結果以照片方式呈現並與數值模擬所得流場進行交互比對。由數值結果可知，隨著開口數增加，流量隨之增加3~20 2 %，而平均熱傳係數卻是降低3~12 %，以此說明提升流量大小並不能直接增加散熱效益，而是該探討流動分佈關係。於結論中發現最適合的開口配置，以利提供機車廠商未來水套設計準則。 氣冷引擎方面，本文建立光陽AFA9，163cc單缸氣冷引擎數值模型，模擬風扇流罩的流場對散熱的影響，以及氣缸表面上的熱傳係數。以3000rpm(機車起步轉數)， 5000rpm(一般在市區騎乘運行轉數)，以及7000rpm(高速運轉)三個不同轉數下為條件，透過模擬找出車廠發現在火星塞處散熱不佳的原因。模擬結果顯示，當風扇轉數上升，流量從3上升到 7 1。熱傳係數也隨之提高。在3000rpm轉數下熱傳係數約為20~150，5000rpm轉數下熱傳係數約30~270，7000rpm轉數下熱傳係數約為50~300。並且發現導風風罩設計上的幾何形狀使得大部分氣流集中在氣缸第一散熱鰭片以及氣缸頭最底層鰭片，較少的流體往火星塞側進入，造成散熱不佳的狀況。

Date of Award	2017 Jun 20
Original language	Chinese
Supervisor	Jiin-Yuh Jang (Supervisor)