某柴油机缸盖开裂原因分析及优化措施

我们基于某型柴油机缸盖开裂问题,针对缸盖开裂可能原因进行分析,结果表明缸盖火力面开裂主要由于热疲劳导致,缸盖水套开裂主要由于机械疲劳导致,同时提出通过结构及材料性能的优化消除热疲劳及机械疲劳集中。     

某增压发动机缸盖热机疲劳分析

我们针对增压发动机的缸盖热机疲劳破坏问题进行了系统模拟分析,通过对发动机全负荷-部分负荷-怠速工况的循环加载,系统地研究了缸盖在交变循环热载荷下的抗疲劳特性,并得出主要结论。首先位于缸盖水套内进排气气门之间的冷却液易产生泡核沸腾现象,影响缸盖该区域结构的散热性能;其次缸盖水套内进气气门倒角区域的疲劳安全系数低于设计限值,易产生疲劳裂纹,建议增大该区域倒角半径,同时增加该区域水套壁厚;最后缸盖上电热塞位置的累积塑性应变值最大,达到0.73%,但仍低于1%的安全限值。     

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。     

柴油机气缸盖热负荷实例分析与优化

某欧VI高功率柴油机在耐久试验中气缸盖排气门鼻梁区中间位置出现开裂故障,针对故障对气缸盖和水套进行流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)分析、对气缸盖进行热机耦合应力分析,以分析作为基础对水套、鼻梁区开槽减薄厚度2个方面进行优化改进。结果表明:缸盖热负荷改进效果明显,未再出现开裂问题,优化方案可以为气缸盖设计优化提供参考。     

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。     

基于高周疲劳评估技术的某气缸盖改进设计研究

我们针对机械疲劳考核中出现的气缸盖开裂问题,运用疲劳试验及仿真评估技术,对缸盖失效位置进行疲劳强度评价,研究结构改进设计和材料性能强化对疲劳安全系数的影响。最终提出满足设计要求的改进方案,并顺利通过机械疲劳试验考核。     

4102型柴油机冷却水套CFD分析

发动机冷却水套的CFD分析是目前发动机缸体开发有效计算分析手段,具有开发准确性高、速度快的特点。在设计开发过程中,可以先不用制造实体样机,而是先通过CFD分析,进行缸盖水套的优化。尤其是在处理发动机热负荷较高的燃烧室及排气道周围有良好的冷却液流动。尤其在设计开发过程中,在没有样机水流试验数据的条件下,手段为发动机结构设计提供了强大的技术支持。本文利用CFD分析设计4102型柴油机发动机冷却水套,成功分析并优化了发动机缸盖的水套结构,保证在发动机热负荷,而压力损失相对较低。确定出了流动性较好且压降低的水套,确保了发动机有良好的机内冷却。     

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。     

增压汽油机水套流场结构分析及优化

汽油机小型化、增压化增加了整机热负荷强度,对冷却水套的设计提出了更高的要求。在某增压汽油机水套开发过程中,探索了一些新的分析设计思路:从总体估计水套的流动趋势,识别流动关键流动通路;逐个单独连通关键缸垫上水口,通过考察水套流场,观测关键流动通路的流量分配,找出水套流场的规律;根据水套流场的规律,针对性地进行结构优化,调整关键流动通路的流量分配比例,使之趋于更均衡更合理。进行水套工况模拟及缸体缸盖热负荷模拟,通过水套表面HTC分布与缸体缸盖温度分布对比证明了水套优化及分析设计思路的合理性和有效性。     

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%。     

利用MDT进行气缸盖冷却水腔设计

在内燃机的制造过程中，气缸盖作为内燃机的重要组成部分必须引起足够的重视。由于气缸盖的热负荷较大，它的合理冷却是发动机正常运行的有力保障。气缸盖的冷却由冷却水腔来完成，只有合理设计冷却水腔的结构，才能达到内燃机的设计性能指标。本设计基于美国ＡｕｔｏＤＥＳＫ公司的ＭＤＴ和ＡｕｔｏＣＡＤ软件开发平台，利用二次开发技术进行设计，使用现代流行的曲面和实体造型方法，能够满足产品的基本需要。通过使用特征参数化造型方法，使其按照用户要求能够自动建立三维几何模型。     

某8缸中速柴油机冷却系统三相流固耦合传热分析

对某柴油机8缸整体冷却水套进行绝热流动模拟,得到冷却效果最差的一个缸及冷却液的流动边界条件;对该缸进行单缸气缸盖-冷却水套-气缸套流固耦合计算,得到了缸盖和缸套温度分布及水套流动及温度场情况;对该缸加入进、排气进行气-液-固三相流固耦合分析,得到缸盖温度场和水套温度场情况,与不考虑进、排气的情况以及与试验测得的工程数据的比较表明:考虑进、排气时的模拟结果更加接近试验值,说明该方法更符合实际情况。     

单缸柴油机缸盖水套散热的模拟研究

对单缸59 kW柴油机缸盖水套的散热进行了数值模拟,介绍了柴油机冷却水套CFD仿真流程,对影响缸盖散热的重点区域进行了分析,探讨了影响缸盖散热的因素,对结果进行分析评价。     

卧式柴油机冷却水流动特性的影响因素研究

针对卧式柴油机强制冷却闭式循环系统水套结构,试验研究了不同工况下水套入口流量及关键点的温度和压力。采用计算流体动力学(CFD)三维模拟的方法建立了冷却水流动仿真模型,并进行了试验验证。设计了冷却水套结构参数正交方案,通过CFD模拟分析了水泵出水流量、公共水腔截面形状和面积、缸体及缸盖入水孔的设置和分布等水套结构参数对冷却水流动的影响关系。研究结果表明:卧式柴油机缸体入水孔截面积和布置对缸体水套冷却水流动、冷却效果和冷却均匀性有很大的影响;卧式柴油机缸盖入水孔的位置、孔数和截面积等结构参数对缸盖水套的冷却水流动、冷却效果、冷却均匀性及进/排气侧的冷却分布等均有很大的影响。     

基于三维CFD技术的发动机冷却水套流动分析

利用计算流体力学软件对发动机冷却水套流动进行了三维数值模拟研究.研究结果表明:平均流速大于0.5m/s时,气缸体水套内表面的上部平均流速和换热系数均比下部高;缸盖火力面冷却效果较好,换热系数高于10kW/(m~2·K),流速大于1.0m/s,但冷却效果欠均匀;总压力降为38.2kPa;上水孔的布置和尺寸使缸盖下层的各火力面有较好的冷却效果.     

车用柴油机冷却水套的CFD分析与优化

利用三维造型软件Pro／E对某一六缸柴油机冷却水套建立模型,并用CFD软件Fluent进行模拟计算,得到整机冷却水套内冷却液速度分布、压力损失以及各缸流量分布等信息。分析结果表明：缸盖水套虽满足设计要求,但缸体水套存在冷却不足、均匀性差的缺陷。改进方案的模拟分析表明,改进后缸体水套冷却更为均匀,流动性能比原机水套有明显的改善。     

六缸柴油机冷却系统流动与传热的数值模拟研究

冷却水的流动与传热直接影响柴油机的冷却效率、高温零件的热负荷、整机的热量分配和能量利用。在冷却系统传热计算时，利用流固耦合的方法，较为准确地确定了缸体水套的传热边界条件。采用CFD商用软件STAR—CD对直列六缸柴油机的冷却系统的流动与传热进行三维数值模拟，给出了整机冷却水套内冷却液的流场、换热系数及压力场分布，为柴油机冷却水腔的优化设计提供了理论依据。