某型发动机气缸盖集成排气歧管设计及分析

以某型发动机中铝合金气缸盖为例,介绍了如何利用CAD软件对原气缸盖进行Top-Down逆向设计和CFD分析,然后在原机数据的基础上对气缸盖进行集成排气歧管设计、优化及分析,从而达到气缸盖设计轻量化、集成化等目的。

利用气缸盖与进气歧管集成实现动力装置小型化和轻量化的模拟研究

商用车发动机要实现下一代严格排放与燃油经济性的目标,需要对内燃机的各个方面进行严格优化。从本质上来说,内燃机的效率是非常低的,效率范围仅为18%~40%。该效率范围是摩擦损失、泵气损失和废热共同作用的结果。目前,全球的汽车制造商都在通过各种途径努力解决这些问题,以期提高效率。其主要发展趋势是在更小的空间获得更高的功率,即发动机小型化,以及由此带来的发动机轻量化。设备制造商(OEM)正在挑战极限,使每升燃油行驶更多里程。从排放角度考虑,针对平均质量为1500kg的车辆,预计质量每减少50kg,百公里CO2排放会减少4~5g。OEM重点关注的动力装置减重领域主要包括发动机、传动系统、排气系统、燃油系统、壳体、电池和电机。VE商用车有限公司(VECV)动力装置小组已经针对轻型商用车进行了研究,通过集成铝质气缸盖和进气歧管,可使动力装置质量减少约25kg,百公里CO2排放减少约2g。在最恶劣的发动机负荷条件下,新型集成铝气缸盖-进气歧管结构要获得与现有经过验证的铸铁气缸盖和进气歧管相同的刚度。采用有限元结构模拟以与项目时间计划保持一致(气缸盖-进气歧管集成化结构的设计与开发时间),考虑了所有结构负荷,例如干扰、螺栓预负荷、温度、峰值压力等,比较了新型集成化结构与经过验证的气缸盖和进气歧管的刚度结果。通过采用铝气缸盖-进气歧管集成化设计,预估成本最高可节约30%,质量减少40%,疲劳性能改善达25%~30%。在该研究中,分别采用Hypermesh和ANSYS作为预处理器和有限元解算器。有限元模拟工具有助于在设计过程中选择最为合适的参数,并且确保在开发阶段实现首次准确设计。

集成排气歧管低周疲劳寿命研究

集成排气歧管的设计使排气部分收到高低温载荷的反复冲击,因此在局部区域会产生较大的应力集中,超过材料的屈服强度,产生塑性变形,会有低周疲劳破坏的风险。本文基于有限元的方法,计算某冲击循环的瞬态温度场结果,并基于此结果进行交变工况下的应力应变分析,研究排气部位危险位置的温度、应力和应变的变化规律,并基于局部应力应变法得到该位置的疲劳寿命,为缸盖设计提供一种分析方法。

气缸盖铸造工艺孔密封方案的研究与应用

为解决集成排气歧管缸盖铸造工艺孔密封问题,研究密封孔应用环境,对比钢球、拉涨式堵头、丝堵、碗形塞等不同密封方案,从成本角度选取碗形塞密封;采用冲出压强对比试验,识别出影响碗形塞密封效果的关键因子并确定碗形塞的最优方案:材料为S304、过盈量为0.167~0.272 mm、压入深度应为2.5~3.5 mm,密封胶品为T48。多轮发动机台架和整车道路试验表明,碗形塞密封方案完全可以应用于高性能发动机缸盖水套、油道等处的密封。

集成排气歧管对汽油机动力性能影响的研究

以一台国五发动机为基础设计了4-1和4-2-1两款集成排气歧管,通过一维仿真的方式探究两种形式的集成排气歧管对发动机动力性能的影响。结果表明:采用了集成排气歧管后,转速大于1600 r/min时转矩变化不明显,与原机转矩有2%的波动;但转速低于1600 r/min时,转矩下降较多,其中4-1方案低速下转矩下降更加明显,1200 r/min时转矩下降11.1 N·m,比原机下降5.9%。继而以1200 r/min为例探究了低速情况下,采用集成排气歧管造成转矩下降的原因。结果表明,采用了4-2-1与4-1集成排气歧管后,涡轮增压器前压力状态产生差异,影响了增压器效率;气门叠开期期间,由于排气背压增大,导致废气回流增加和缸内残余废气量增加,降低了充量系数。最后通过试验验证,采用了4-1集成排气歧管后的低速转矩确实低于原机,验证了仿真的准确性。

集成排气歧管GDI发动机热平衡试验研究

本文中研究了不同的发动机台架热平衡试验方案和试验条件对集成排气歧管缸内直喷(GDI)汽油机热平衡性能试验结果的影响。结果表明:与传统发动机台架热平衡试验方法相比,基于实车散热器、冷却和进排气管路以及附件的台架热平衡试验方案,可降低管路变化造成的系统流动阻力增大、管路传热损失增加、冷却液流量不可控、发动机进出口冷却液温差过小等对热平衡试验不利的因素影响,试验结果更接近实车状态;中冷后进气温度、冷却液温度和开关冷却风机等对热平衡测试结果均有显著的影响;集成排气歧管式发动机的排气歧管内置在缸盖内导致发动机冷却水套的散热量明显增大,冷却系统也必须提供更大的冷却能力才能满足发动机的热平衡需要。

用气门座镶嵌法修复发动机气缸盖

康明斯柴油机气缸盖为整体式结构，在气缸盖内布置有进、排气道及冷却水套。喷油器、摇臂、进气歧管、排气歧管、节温器和气门室罩等主要零部件，都固装在气缸盖上。目前生产的康明斯柴油机气缸盖是不镶气门座圈和气门导管的，它们都是在气缸盖上直接加工出来的。

顶部集成排气管的铝合金汽缸盖

据报道，英国的莲花工程公司开发出在顶部集成排气管（IEM）的铝合金气缸盖。这种近乎商业化的生产技术可以明显地降低制造成本，降低排放，以及降低汽油发动机的重量。以DOHC 16阀1.6升汽油发动机为例，单个IEM可降低总制造成本达50％。降低催化剂熄火时间达20％（大约5秒钟），降低车辆重量达5千克，并且改进了发动机的耐久性。

关于解放牌汽车的气缸盖问题

关于解放牌汽车用的几种气缸盖之间的区别,以及选用原则问题,存在着一定的混淆,有必要说明几点以供参考。解放CA10B型汽车是我国建国初期的产品,在整车动力性及经济性指标方面,都显得十分落后。工982年以来,长春第一汽车厂先后对该车做了不少改进工作,相继生产了CA10C及CA15型汽车。 CA10B型汽车过渡为CA10C及CA 15型,对发动机来说,主要是更换四大件:凸轮轴、进排气歧管、化油器和气缸盖。装用CA10C型气缸盖者为CA10C型发动机;

排气歧管螺栓紧固力的测定

排气歧管与气缸盖连接的设计要求是:(1)排气歧管在高温下能膨胀,(2)确保密封性所需的表面压力。为此,Tennec0公司开发了一种能节省时间和成本的螺栓紧固力测定装置,采用这种统计学测定方法,通过选定拧紧力矩就能可靠地确定螺栓紧固力。

进排气歧管—分析故障的一个窗口

在判断和排除发动机故障时,应避免盲目地大拆大卸,因为不必要的拆卸可能引发新故障的产生。例如当气缸有故障时,不要急于拆卸气缸盖,可以先卸下进排气歧管,观察进气道、排气道内有无异常情况,往往能作出初步的判断。现举几个例子加以说明:

基于集成式结构边界的增压器涡轮机性能仿真研究

考虑实际的排气系统流动状态,将排气歧管结构加入到涡轮机性能仿真计算中(集成式结构边界)。针对分离式结构边界和集成式结构边界,在不同的入口截面位置设置相同的入口条件,以某款增压汽油机的涡轮机为例进行研究。研究结果表明:在80000 r/min、相同的定常进气环境下,两种结构边界在涡轮机入口截面的流动状态有明显的差异。集成式结构边界的流动均匀性指数为0.719,涡轮机膨胀比下降0.051,效率下降3.73%。在不同的转速下,性能都有不同程度的下降。对涡轮机MAP图修正后的计算结果更加接近发动机实际状态。

不合格缸盖引起的麻烦

故障现象：一辆装用康明斯6BT5．9发动机的EQ1141G载货汽车，在发动机大修时更换了气缸盖，装复试机时发现排气管明显漏机油，拆掉排气歧管后看到各缸都有排机油现象。

丰田新型1.2 LESTEC涡轮增压直喷汽油机

丰田汽车公司正在开发一系列符合经济型高热效率燃烧(ESTEC)开发理念的发动机。继2.0L缸内直喷涡轮增压发动机8AR-FTS投放市场后,介绍8NR-FTS发动机的开发。8NR-FTS发动机为1.2L直列4缸火花点燃式的小型化涡轮增压缸内直喷汽油机。基于8AR-FTS发动机相同的基本理念,8NR-FTS发动机集成了各种节能技术,诸如集成排气歧管的气缸盖、通过带有中间锁止装置的智能广角可变气门正时系统(VVT-iW)实现的阿特金森循环,以及为实现快速燃烧采取的缸内强化涡流。该发动机采用缸内直喷的直喷涡轮增压(D-4T)系统,替代了兼备进气道喷射和缸内直喷的涡轮增压高版本汽油机(D-4ST)系统。结合单涡道涡轮增压器和VVT系统的控制,实现了发动机低速工况下的高扭矩特性。该发动机还采用了起停控制策略,通过在第一个压缩的气缸内分层喷射,实现了快速无冲击重新起动。发动机可以匹配6档手动变速器(6MT)或无级变速器(CVT)。尤其在CVT模式下,通过换档控制,减小了涡轮增压器的滞后期;通过"常规"和"运动"两种驾驶模式的转换,能够实现具有驾驶乐趣的动力性能和出色的燃油经济性。

某发动机冲缸垫故障分析及试验验证优化

某增压汽油发动机,为了达到国Ⅵ排放要求,在原机型上应用多种主流先进技术,集成式排气歧管设计便是其中之一。该发动机在进行可靠性试验过程中,多次出现冲缸垫现象。本文针对冲缸垫的原因进行分析,提出优化方案,并进行试验验证。为集成式排气歧管发动机易发生冲缸垫的原因提供了理论依据,同时为解决该问题提供了简单、有效的方法。

奔驰GLA M282发动机新技术亮点

与M270DE16发动机相比,输出功率增加了4%~11%,由于排量降低,性能提高了25%。发动机具有尺寸紧凑、重量轻、静态和动态刚性高的特点。燃烧室每缸设计有4个气门,喷油器和火花塞的位置得到优化。扭矩保持不变,M282发动机在所有输出级别下均具有过大扭矩TM功能。为改善响应及加速性能,它提供了一个基于软件、短暂增加的扭矩。特殊技术部件包括均质燃烧系统、排气歧管(部分集成在气缸盖)以及三角形气缸盖。

如何取出断头螺栓

螺栓(柱)在拆卸过程中常因锈蚀或别的原因在螺孔口部断裂,常规方法多是采用加大螺纹孔来处理。但是,这样做极易破坏原构件的机械强度,并给再次维修带来困难(对旋转件则破坏了动平衡)。下面介绍一种换取断头螺栓的方法: 对于进、排气歧管,曲轴后轴端与飞轮联接,变速器盖等处的螺栓,为了保证设计和工艺上的要求,其孔内螺纹长度应比螺栓螺纹长度长。因此。

汽车节能配件供不应求

湖南省邵阳汽车发动机厂生产的解放 CA10C 型气缸盖、进排气歧管、偏心轴(俗称节能“三大件”),因节能效果好,不少用户上门等货,产品包装后,尚未入库就被抢购一空。一季度三种产品分别比去年同期增长3～4倍还供不应求。这个厂生产的三种节能配件有三个特点:一是经济性、动力性好。用“三大件”对解放CA10B 型发动机进行改造,马力由95匹增加到110匹,扭矩由31.5公斤·米提高到35公斤·米,