降低车用6缸柴油机热负荷的研究

针对某车用6缸柴油机整机热负荷过高,气缸盖鼻梁区出现热裂等问题,进行了整机热负荷、气缸盖底部温度测量、气缸盖底面上水孔水流分布等试验研究和水套内三维数值模拟分析。结果表明:水散热器散热能力不足和冷却水流量偏小是导致该型柴油机热负荷过高的主要原因;气缸盖水套内水流不合理,仅有约12.22%的冷却水对气缸盖底部进行了有效的冷却,是气缸盖底部热负荷过高造成鼻梁区热裂的主要原因。基于此,提出了4种气缸盖结构改进方案,通过数值模拟和试验验证得出,改进方案一能使气缸盖底部流速提高1.68倍,气缸盖鼻梁区最高温度降低12.2℃。采用气缸盖改进方案在同时提高冷却水泵转速、改善水散热器能力,不仅可进一步改善气缸盖热负荷,使鼻梁区温度降低,而且还可较好地解决整机热负荷问题。     

考虑材料塑性的某柴油机缸盖热状态及疲劳分析

以某柴油机气缸盖为研究对象,对其进行单侧气缸盖和水套的流固耦合分析,在计算气缸盖应力场时候考虑到铸铝材料的塑性应变及各缸爆发的不平衡性,并计算了该气缸盖的高周疲劳安全系数和低周疲劳寿命。研究结果表明:第3缸、第4缸火力面排气门鼻梁区温度较高,温度场作用下各缸火力面最大Von Mises应力均出现在进气门鼻梁区,从高温恢复到300K时,进气门鼻梁区表现出明显的残余拉应力。高周疲劳安全系数较低区域主要在爆发缸缸盖顶端和水套与火力底板接触的圆角区,最高燃烧压力对低周疲劳寿命及位置有影响,不考虑最高燃烧压力的最低寿命出现在第3缸进气门孔与鼻梁区过渡圆角处,考虑最高燃烧压力时最低寿命出现在第3缸进气门孔与气门座圈接触位置。     

截面形状改进设计对缸盖鼻梁区沸腾传热的影响

针对高强化柴油机气缸盖排气门鼻梁区严重的热负荷问题,考虑到不同截面形状沸腾管冷却效果的差异性,在将气缸盖鼻梁区水腔截面结构分别简化为T形、矩形加V形及矩形加半圆形等基础上,对其截面进行了改进设计.采用气、液两相流沸腾传热计算模型,对截面形状改进前、后鼻梁区结构与冷却水腔所组成的流固耦合传热系统进行了仿真计算,计算结果与气缸盖温度场试验结果具有较好的一致性.在此基础上,采用试验设计方法,研究了截面形状改进前、后冷却水进口速度和温度对鼻梁区最高温度的影响.结果表明:截面形状改进后冷却水进口速度和温度对鼻梁区最高温度也具有重要影响;当冷却水进口速度最小或温度最大时,改进后3种截面形状都更有利于鼻梁区的沸腾冷却;改进后在相同的进口速度或温度条件下T形截面形状流道鼻梁区最高温度始终小于改进前.     

汽油机水套的CFD优化分析

本研究采用CFD方法对汽油机的水套内流动换热特性进行了计算分析,并对水套结构进行了优化改进.计算结果表明:优化改进后的缸盖排气侧鼻梁区、缸体间鼻梁区的流速都达到了2m/s以上.从整体上看,优化修改后的水套换热能力得到了增强.     

解决气缸盖裂的几项措施

主要针对多缸直喷柴油机气缸盖“鼻梁区”开裂的问题展开讨论,提出在加强“鼻梁区”冷却、提高缸盖强度、消除应力集中及工艺改进方面的经验措施。     

某四缸发动机缸盖裂纹分析与解决

某发动机经过600 h交变负荷试验后,气缸盖鼻梁区出现裂纹。主要对缸盖的断口、材料、铸造工艺、冷却等4个方面进行分析。经分析发现缸盖产生裂纹的主要原因为铸造工艺问题导致的金相变质和硬度不达标,缸盖内部严重积瘤,从而导致火花塞周围冷却水通道截面减小,缸盖冷却不足,缸盖内部温度偏高,热负荷偏高。通过改进铸造工艺和缸盖水套圆角结构优化,提高了缸盖自身的机械性能和水套的冷却能力,进而使缸盖的抗热负荷能力提高;经过对优化后的缸盖进行试验验证,优化后的缸盖在600 h交变负荷后未出现裂纹,达到了试验需求。     

某小缸径柴油机气缸盖冷却水腔改进设计

针对某小缸径柴油机单体气缸盖在试验过程中出现的故障,对气缸盖冷却水腔结构进行了改进设计,改进后运用有限元法对水腔进行了CFD流体分析,验证了水腔结构的合理性,最后通过整机台架试验验证了气缸盖的可靠性。     

SC11CB系列柴油机水套结构改进设计与分析

根据SC11CB系列柴油机开发的需要,对机体-气缸盖水套结构进行改进设计,以保证柴油机整机的冷却要求。以计算流体动力学(CFD)为手段,对柴油机机体-气缸盖水套结构计算分析,为水套结构设计选择方案,并进一步为其结构优化提供定量分析的依据。从目前大量的试验结果看来,最终的水套结构改进方案有效,分析手段可行。     

天然气发动机气缸盖裂纹产生原因分析

针对天然气发动机气缸盖排气孔口产生裂纹这种故障,本文以有限元方法为基础,对某天然气发动机气缸盖建立模型,进行了热-固耦合计算。结果表明正常工作状态下气缸盖温度及压应力最高处发生在排气孔口间"鼻梁处",温度为280℃,压应力为1640MPa。当冷却水侧换热恶化或发动机突加载荷状态下会导致气缸盖工作温度及应力升高,"鼻梁处"温度达到372℃,压应力达到2000MPa,这时气缸盖"鼻梁处"会在高温下产生压塑性变形,导致该处产生裂纹。     

多缸柴油机气缸盖冷却水道优化研究

本文通过模拟气缸盖水流分布试验,寻找水腔内部的水流死区或弱区,应用简易而实用的皮托管技术测试几种方案加以优化。试验结果表明:在第6缸喷油器水套处水流微弱;通过改进气缸盖局部流场措施及合理改变整体进水孔大小方案,均能达到预期效果。此次试验为解决气缸盖冷却问题、优化其水道结构提供了方案,同时也增加了对气缸盖有关冷却水道设计及内部流场的新认识。     

船用柴油机三层壁水套排气管衬管故障分析与优化

针对某船用柴油机三层壁水套排气管内部衬管开裂的故障，对其进行结构优化，将原有的不锈钢冲压衬管改为铸造衬管，同时通过螺栓将衬管固定在水套排气管上。基于热机耦合方法，采用Abaqus软件对衬管进行温度场和低周疲劳分析，并对优化后的铸造衬管结构进行仿真验证。结果表明：优化后的衬管安装更加方便，且仅有一段衬管存在低风险，最低低周疲劳循环可达5 275次；优化方案有效地解决了柴油机三层壁水套排气管衬管开裂的问题，提高了柴油机的可靠性。     

铸铝气缸盖结构强化研究

针对铸铝气缸盖底板变形冲缸垫,顶板变形开裂的故障,借助有限元分析得出气缸盖在工作中受力变形的薄弱部位;在此基础上对其进行多方案的加筋强化优化设计。强化后的气缸盖在整机可靠性试验验证中效果较好,达到了预期的改进目标。     

BFM1015柴油机气缸盖的改进设计和试验研究

建立了BFM1015柴油机气缸盖进气道和冷却水腔的改进设计模型,对进气道的流通特性进行了试验对比和冷却水腔的流场分析对比,完成了气缸盖改进模型的砂芯快速成型和铸造加工。在单缸柴油机试验台上对改进设计的新气缸盖进行了试验研究并和原气缸盖的试验结果进行了对比分析。结果表明:安装新气缸盖的单缸柴油机在高转速时燃油消耗率比安装原气缸盖时明显降低,降幅最高达到7g/(kW.h);在相同负荷下,新气缸盖火力面的温度比原气缸盖显著下降,在排气门鼻梁区温度下降最明显,最高下降61.8K;新气缸盖的传热能力比原气缸盖提高约50%。     

大功率柴油机整体铝合金气缸盖结构优化研究

介绍了气缸盖的结构优化过程.针对整机研制中出现的气缸盖故障,进行气缸盖多方案优化设计,并对这些方案进行结构有限元对比分析,确定了一种经优化后的气缸盖主方案,最后利用整机台架试验验证了主方案气缸盖的可靠性.     

基于热流固直接耦合法的柴油机冷却水腔结构优化分析

针对495ZLQ柴油机原冷却水腔结构存在机体水腔周向流动不善,缸盖水腔后部及底部存在低流速区的问题,提出了三套改进优化方案。采用热流固直接耦合法分别建立机体-缸盖-缸套-缸垫-冷却水腔的整机流-固耦合传热模型,利用自适应网格划分技术进行网格划分,进行了不同柴油机工况下的数值模拟计算。研究结果表明:在不同工况下,方案3为最优方案;对于机体冷却水腔,采用双侧进水使得优化后的机体第一、第二缸排气侧冷却水流量比原机增大了约2.5倍,改善了机体水腔内冷却液的周向流动,降低了缸套内表面进排气侧的周向温差;对于缸盖,降低主喷孔高度及设计引流帽结构可以提高缸盖鼻梁区冷却液的流速,从而改善该处的热负荷状况。     

1.5L汽油机气缸盖冷却水套的结构改进与分析

为了提高某1.5L自然吸气汽油机的经济性和降低排放,增加了EGR模块,使气缸盖冷却水套结构发生了变化。本文应用PRO/E三维软件和FIRE软件进行了该机气缸盖水套结构改进设计和数值模拟,得到了冷却液流速分布、换热系数分布、压力损失等信息。与现生产的气缸盖水套分析结果进行了对比,提出了缸盖水套结构改进措施,有效改善了气缸水套的换热能力和流量均匀性。     

涡流室式柴油机扩缸前后气缸盖热负荷的试验研究

本文利用热电偶对S195型和扩缸后的S1100型柴油机进行了七种结构方案的气缸盖温度场试验研究.测量结果表明,扩缸后的S1100型柴油机气缸盖鼻梁三角区温度升高50～100℃,远高于材料热应力的极限温度,在该区域产生疲劳裂纹.通过温度场测量和电算对比分析,进行了优化选择并对扩缸后的气缸盖提出了改进措施.     

TCD2015V08柴油机废气大故障分析

针对TCD2015V08柴油机在试验过程中出现的废气大、机油压力降低等故障,通过对故障件,如箱体、气缸盖、缸套、活塞主轴瓦连杆瓦、水泵等技术状态的检查和分析,确认系气缸盖回油孔与水腔壁裂,致冷却液与机油混合,造成了废气大、机油压力降低的故障;相应地提出了改进设计方案。     

柴油机气缸盖热负荷的探讨

本文通过测量气缸盖温度,找出气缸盖与气门间的“鼻梁”区域的最大热负荷处。在此基础上,进行了传热分析。改变了以往仅用单相对流换热来分析水冷面换热的观点,着重用沸腾换热的机理分析柴油机气缸盖冷却。找出了“鼻梁”处热裂的原因之一是由于水垢及水流不畅,并从实际发动机中得到证实。     

某16缸中速柴油机冷却水系统分析与优化

为了分析某柴油机冷却水套冷却性能,用CFX软件对整体冷却水系统进行绝热的三维流动模拟并对冷却效果最差的8#缸进行了气缸盖-冷却水套-气缸套的流固耦合传热仿真,获得了详细的速度场和温度场分布。模拟结果显示整体冷却水套大部分区域流速在0.5m/s以上,进排气门冷却环的流速最大,高温区域主要集中在气缸盖火力面、排气道侧和气缸套中部。在此基础上,提出了冷却水套的三种改进方案并进行比较,结果表明:方案3为最佳优化方案,其平均传热系数比原方案提高了30%以上。