正向工程中車用柴油機(jī)缸孔變形的研究.pdf

1、本課題緊密聯(lián)系工程實(shí)際，以目前市場上應(yīng)用范圍廣泛的493車用柴油機(jī)為研究對象，對車用柴油機(jī)正向工程開發(fā)中的重要環(huán)節(jié)——缸孔變形問題的機(jī)理、評價(jià)方法及優(yōu)化設(shè)計(jì)思路進(jìn)行全面深入的研究。目的是解決國內(nèi)企業(yè)在車用柴油機(jī)整機(jī)開發(fā)及老機(jī)型改進(jìn)過程中普遍遇到的機(jī)體缸孔變形過大從而影響機(jī)油消耗和顆粒物排放量進(jìn)一步降低的難題，突破了正向工程設(shè)計(jì)中的技術(shù)難點(diǎn)，為由點(diǎn)及面的全面提高自主創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)。
　　 本文提出了整體接觸多場分步耦合的研究方法

2、，通過建立包含完整機(jī)體、缸蓋、缸套、缸蓋墊與缸蓋螺栓的接觸關(guān)系模型，避免了以往機(jī)體局部模型和單件研究的不足；通過對冷卻水側(cè)流場的CFD模擬獲得缸體冷卻水側(cè)溫度場的分布，減少了采用簡單經(jīng)驗(yàn)公式給出邊界條件造成的誤差；通過分步求解機(jī)體溫度場的分布與熱應(yīng)力場下的變形，降低計(jì)算規(guī)模，實(shí)現(xiàn)了機(jī)體缸孔在機(jī)械負(fù)荷和熱負(fù)荷下的耦合計(jì)算。
　　 根據(jù)缸蓋墊各部分的不同力學(xué)特性，并結(jié)合缸蓋墊載荷試驗(yàn)，本文提出了缸蓋墊的非線性組合模型，最大限度簡化模

3、型的同時(shí)反映了零件的真實(shí)力學(xué)關(guān)系。通過在缸蓋螺栓預(yù)緊力下機(jī)體缸孔變形的模擬計(jì)算與試驗(yàn)測量，對整體接觸模型和邊界條件的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證，在此基礎(chǔ)上分步進(jìn)行機(jī)械應(yīng)力場、熱應(yīng)力場和耦合場下缸孔變形的模擬計(jì)算。根據(jù)耦合場模擬確定的綜合優(yōu)化方案，有效降低了493國Ⅲ樣機(jī)的配缸間隙。性能與排放試驗(yàn)表明，此樣機(jī)與原機(jī)相比最大扭矩增加10％，機(jī)油消耗率降低35％，ESC試驗(yàn)顆粒物排放量為0.09 g/kW·h，大大低于該機(jī)型國Ⅲ階段0.13 g/kW·

4、h的限值水平。
　　 不論是缸孔變形的模擬計(jì)算，還是缸孔變形的試驗(yàn)測量獲得的都是缸孔的總變形。通過研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)體缸孔的總變形可以分為位移變形和失圓變形兩類，而位移變形和部分失圓變形可以被連桿側(cè)隙或活塞環(huán)的彈力所彌補(bǔ)，不會造成活塞環(huán)密封環(huán)帶的失效。在對缸孔各個(gè)橫截面的變形應(yīng)用快速傅立葉變換(FFT)的基礎(chǔ)上，本文提出了缸孔變形的評價(jià)參數(shù)——最大有效變形△reffect-max，應(yīng)用此參數(shù)可以更加準(zhǔn)確的預(yù)測缸孔變形對機(jī)油消耗率和顆粒