基于能量法的缸盖低周热疲劳寿命预测

用材料在低周载荷下形成的滞回能量作为预测结构高温低周疲劳寿命的损伤参量,通过对发动机缸盖材料施加循环热负荷,获得材料基于能量法的低周寿命预测模型参数;采用有限元分析方法对发动机单缸进行典型工况分析,并根据发动机启停循环中温度和应力的变化规律,结合子模型技术获得单个工作循环内缸盖火力面区域的温度场和应力场;对缸盖火力面附近区域进行循环加载,得到迟滞回线,评估其低周疲劳寿命。结果表明,在缸盖火力面进-排气门之间的鼻梁区低周疲劳寿命较短。     

缸盖水套开裂分析及优化

针对某型增压柴油机缸盖水套开裂问题,通过断口、能谱、金相分析以及常规机械性能测试,结合失效区域的工作条件,得出疲劳开裂为热负荷与机械负荷共同作用导致的结论。在此基础上提出了改善水套流量分布,增加楔形加强筋的改进方案。有限元分析表明:改进后的缸盖疲劳安全系数提高了10%。优化后的缸盖已成功应用于该型国四、国五发动机上。     

某增压发动机排气系统热固耦合分析

针对发动机排气系统漏气质量问题进行排气歧管及增压器温度场测量试验,将试验温度数据对标仿真分析排气歧管气体温度边界,控制平均误差为1.1%。通过对发动机全负荷-部分负荷-怠速工况的循环热加载,模拟排气系统在交变循环热工况下的抗疲劳破坏性能,并得出主要结论:排气歧管分管与总管交汇处温度最高,其在热循环交变载荷作用下,该位置的累积塑性变形最大,最易发生疲劳损伤,从而产生裂纹,应在保证排气歧管排气效率的前提下,尽可能增大该区域结构刚度,减小产生的热变形。     

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。     

车用柴油机冷却系统的优化设计

在柴油机设计开发过程中,考虑到热负荷高、各缸孔间冷却均匀性差、缸盖鼻梁区出现热裂等现象的出现,本文对整机冷却水流速与换热进行模拟分析。通过模拟计算分析,得出冷却水在缸体进气侧从第一缸向第四缸流动过程中,流速与换热系数明显下降,这将会引起柴油机热负荷高、冷却均匀性差;喷油器和气门周边区域换热系数低,这将会是缸盖鼻梁区热裂的主要成因。针对上述设计开发过程中首先要考虑的潜在影响因素,本文提出了缸体水套设计优化方案、缸盖垫片优化设计方案;通过模拟计算的手段,得出本文提出的冷却系统优化设计方案,通过该方案的实施,有效降低产品设计完成后热负荷高、冷却均匀性差以及缸盖鼻梁区热裂等潜在失效风险。     

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。     

车用柴油机冷却系统的优化设计

在柴油机设计开发过程中,考虑到热负荷高、各缸孔间冷却均匀性差、缸盖鼻梁区出现热裂等现象的出现,本文对整机冷却水流速与换热进行模拟分析.通过模拟计算分析,得出冷却水在缸体进气侧从第一缸向第四缸流动过程中,流速与换热系数明显下降,这将会引起柴油机热负荷高、冷却均匀性差;喷油器和气门周边区域换热系数低,这将会是缸盖鼻梁区热裂的主要成因.针对上述设计开发过程中首先要考虑的潜在影响因素,本文提出了缸体水套设计优化方案、缸盖垫片优化设计方案;通过模拟计算的手段,得出本文提出的冷却系统优化设计方案,通过该方案的实施,有效降低产品设计完成后热负荷高、冷却均匀性差以及缸盖鼻梁区热裂等潜在失效风险.     

某天然气发动机冷热冲击试验分析

天然气发动机热负荷较高,其零部件在机械应力、热应力及交变应力复合作用下失效风险较大,如缸盖的热疲劳、缸垫的密封失效、缸体缸套开裂等。通过标定缸盖排气门之间鼻梁区和进气门之间鼻梁区温度确定冷热工况循环时间,对某天然气发动机进行5 000次的冷热冲击循环试验,试验期间发动机未出现明显故障,发动机功率、扭矩、天然气消耗量、排气温度和漏气量等参数基本无变化;试验前后发动机动力性、经济性参数变化较小,发动机通过了此次冷热冲击试验。     

发动机气门导管材料与缸盖结构匹配应用分析

针对大功率发动机为提升功率、扭矩，以及排放升级所带来的高排温、高排气侧向力的问题，探究气门导管材料升级方案，并分析气门导管材料与缸盖结构的匹配，以降低排气门与气门导管摩擦副的磨损量。将提出的3种气门导管材料升级方案分别应用在Ⅰ型和Ⅱ型结构缸盖上进行发动机耐久验证。结果表明：300℃气门导管、Ⅱ型结构缸盖匹配高硬度材料C时，气门导管磨损量可减小33%;400℃及以上气门导管、Ⅰ型结构缸盖匹配高导热材料B时，气门导管磨损量可减小49%。     

某发动机缸盖水套气蚀故障分析

某款发动机在开发初期,道路试验过程中出现排气冒白烟的现象,拆机查看后,认定是冷却液在缸盖内流动分布不合理引起发动机局部过热,进而缸盖局部形成核态沸腾,导致缸盖水套气蚀剥落,发动机冷却水进入燃烧室,出现排气冒白烟.本文针对水套冷却液流动分布不合理这一因素,运用仿真计算预测水套冷却液的流动分布,并为此水套进行优化设计,为问题的解决提供参考依据.     

某柴油机水套螺栓断裂故障分析及改进措施

针对某船用多缸柴油机水套螺栓在试验中发生断裂的故障,对螺栓做理化检测分析,并仿真模拟螺栓受交替负载时的应力及疲劳情况。结果表明:由于水套螺栓螺纹根部加工粗糙以及表面轻微脱碳,导致螺栓局部应力集中且附近区域强度降低;当发动机工作时,热负荷和周期性载荷使水套螺栓承受交变应力,而该螺栓头部与螺纹连接位置的安全系数最小,导致疲劳破坏。据此,提出控制螺纹质量和提高螺栓等级的改进措施。     

基于有限元分析的发动机缸盖温度场模拟分析

为获得某天然气发动机比较精确的缸盖温度场,采用边界单向映射的方法将获得的冷却水侧和燃气侧的热边界映射至缸盖固体网格上,根据经验通过赋予机油侧和外围边界处的热边界,建立缸盖计算的有限元模型.对模型进行传热计算,获得该天然气发动机缸盖的最终温度场结果,将计算结果同发动机试验结果对比,最大误差为9.3％,满足工程要求.通过水套CFD分析和缸内流动燃烧分析能较准确地得到缸盖温度场分布,为后续缸盖强度及热疲劳分析提供有效热载荷.     

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。     

柴油机缸盖热固耦合模拟的边界参数探讨及应用

柴油机缸盖热固耦合模拟分析中,边界参数的准确性和可靠性对模拟分析结果至关重要。通过分析模拟计算中边界条件参数、及获得这些参数的方法,进而得到可靠的缸盖热固耦合模拟分析解决方案。将此方案用于某4气门柴油机缸盖的热固耦合模拟分析,实现柴油机缸盖的热应力及疲劳预测;然后通过柴油机台架试验验证方案,结果显示模拟分析结果与试验结果误差在4%左右。这表明该方案可以准确预测柴油机缸盖的热应力和疲劳水平。     

CFD技术在水套设计整改中的应用

本文主要介绍了应用CFD技术对某发动机水套的整改设计方案的模拟计算,分析整改方案对水套换热能力的影响,确认整改方案的可行性。通过分析认为:本次缸盖局部区域的整改,不会对水套整体换热性能引起负面的影响,水套的换热能力能够满足发动机运行需求。     

基于沸腾传热模型的缸盖水腔设计判据

根据缸盖水腔内可能存在的传热状态及特点定义了强制对流区、部分发展泡核沸腾区、充分发展泡核沸腾区、临界裕量区和过渡及膜态沸腾区五种区域。基于对传热模型带来的误差和水腔设计安全裕度两方面的考虑,提出了缸盖水腔设计的临界极限判定方法。开发了缸盖水腔传热设计判据的软件模块,应用于两款发动机缸盖水腔的设计计算分析,重型商用车柴油机缸盖火力面温度计算值与测试值的最大误差为3.19%,平均误差为1.42%,表明新方法能够较准确地评价缸盖内的传热实际情况。紧凑型柴油机缸盖水腔设计中的应用说明新方法便于用来评判和指导缸盖水腔设计方案的改进。     

基于Chen模型的缸盖冷却水腔内沸腾传热研究

基于Chen模型研究了柴油机模拟冷却水腔内的沸腾传热,并与试验数据进行对比,验证了模型的适用性,并将此模型应用于柴油机缸盖及冷却水套内的耦合传热计算。计算结果表明:沸腾传热可有效提高冷却水的换热能力,降低冷却水套壁面局部高温区域的温度,降低缸盖本体的温度梯度,从而降低缸盖热负荷及热应力;考虑沸腾时,缸盖局部温度点仿真计算结果与试验结果误差更小。     

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。     

米勒循环气道喷射汽油机低速大负荷碳烟生成和控制研究

为了研究米勒循环发动机低速大负荷碳烟的生成原因和影响因素,在一台量产的米勒循环气道喷射汽油机上进行了缸内燃烧可视化试验.试验结果表明,此米勒循环发动机低速大负荷碳烟排放偏高主要是由缸内的扩散燃烧现象导致.喷油器)β角偏小与开阀喷油策略共同导致了液体燃油聚积在缸内气门边缘区域和活塞间隙处,导致相应区域扩散燃烧发生.其中,...     

降低乘用车增压汽油机HC排放的研究

对一款1.5L气道喷射增压汽油机的碳氢(HC)排放特性进行分析,发现HC排放主要产生于冷起动、冷机怠速及暖机阶段,燃烧不良是产生HC排放的主要原因。对发动机的喷油器喷孔直径、气道滚流比、气门重叠角、活塞冷却喷嘴开启压力进行优化改进,采用发动机原始排放测试及整车排放测试的方法验证了优化改进后的效果。研究结果表明:喷孔直径和气门重叠角分别减小了17.6%和83.3%,使得HC排放分别降低了17.6%和9.3%;同时,进气道滚流比和活塞冷却喷嘴开启压力提高77.3%和27.8%,使得HC排放分别减少了4.8%和1.5%;但是,进气道滚流比和活塞冷却喷嘴开启压力的提升会导致NOx排放严重增加,增幅高达35.6%和47.4%。综合考虑发动机排放性能,选取减小喷油器喷孔直径和气门重叠角作为降低HC排放的技术方案,并结合ECU参数优化,整车HC排放降低高达61.7%,各项排放指标均低于国-Ⅳ限值的50%。