浅谈柴油机缸体结构的优化设计.pdf

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1、第1期2017年2月内燃机InternalCombustionEnginesNo．1Feb．2017浅谈柴油机缸体结构的优化设赵丰匕蕊。胡必谦。郑久赫．豆。刚。(安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥230601)摘要：从柴油机缸体的水套、缸盖螺栓孔深度、裙部、加强筋等几个方面来优化提高缸体的强度和刚性，通过上述优化，在缸体轻量化的同时提高缸体的模态频率，提高强度和刚性。关键词：缸体；轻量化；强度；刚性中图分类号：TK422文献标识码：B文章编号：1000—6494(2017)01—0031—03OptimizationDesignofDieselEngineCylinderB

2、lockZHA0Lifei，HUBiqian，ZHENGJiulin，DOUGang(TechnicalCenter，AnhuiJianghuaiAutomobileCo．，Ltd．，Hefei230601)Abstract：Thispaperoptimizesdesignfromwaterjacket，cylinderheadboltholedepth，skirttoimprovethestrengthandrigidityofcylinderblock，whichcanimprovethemodalfrequencyofcylinderblockatthetimeincylin

3、derblocklightweight．Keywords：cylinderblock；lightweight；strength；rigidity缸体是发动机重要的零部件之一，随着内燃机节能、减排的发展，需要发动机高爆发压力、低机油耗和低漏气量，这要求缸体具有较强的刚性，较低的缸孔变形量和轻量化，同时设计一款质量轻，刚性强的发动机，能够有效地减振和提高缸孔变形量。我们介绍一种柴油机缸体的结构优化设计的方向，旨在缸体轻量化的基础上提高缸体的刚性、强度和减小缸孔变形量。1浅水套的设计浅水套有利于提高缸孔刚性，有资料表明，浅水套设计中水套深度一般为活塞行程的2／3。如图1所示，左侧是某柴油

4、机缸体原设计的水套，右侧是优化后的浅水套设计，浅水套高度为81mm，而活塞行程为89mm。图2是某柴油机缸体深水套与浅水套的CFD分析对比，两种设计结构的水套换热系数满足大于或等于5700W／(m2·K)的要求。通过CFD分析对比，浅水套不仅不会降低水套的换热系数，反而作者简介：赵礼飞(1985一)，男，安徽濉溪人，工程硕士，主要从事发动机设计。收稿日期：2016—09一18；蚓I图1缸体水套优化前后的对比热交换系数／(W·m·K“)——■■豳圈■—爨鋈工]■■■0l1402280342045605700日U端■■●—强圈圈■●隧l目_0】1402280342045605700图2

5、水套优化自百后的CFD分析3，4缸的换热系数有了较明显的改善。通过缸孔变形量的测量，浅水套的二阶变形量比深水套的缸体缸孔二阶变形量小，缸孔刚性得到提高。·32·内燃机2017年2月2深缸盖螺栓孔设计缸盖螺栓为高强度螺栓，其产生的轴向力至少为85kN，这么大的轴向力容易导致缸孔薄弱部分受拉伸或者压缩而变形，缸盖螺栓的轴向力主要通过螺纹啮合产生，因此缸盖螺栓孔螺纹部分尽量在缸体水套以下(即深螺纹)，使轴向力的主要作用点是在缸体水套以下，避开缸孔薄弱部位，避免缸孔变形过大。图3是某柴油机同一缸体浅螺纹和深螺纹两种状态的缸盖螺栓孔设计：图3某缸体深浅缸盖螺栓孔设计对比通过缸孔变形量的测量，

6、浅螺纹的二阶缸孔变形量为16．17～25．6“m，深螺纹的二阶缸孔变形量为5．75。13．36斗m，缸孑L变形量减小，缸孔刚性得到提高。在缸盖螺栓孔的设计中，在缸盖螺栓搭子根部增加加强筋，使缸盖螺栓轴向力向下传递，不会积聚在螺纹根部(见图8)，对缸孑L变形影响小，增加缸体刚性；设计上缸盖螺栓与主轴承盖螺栓连接一体，并且尽量使缸孔刚性缸盖螺栓孔与主轴承盖螺栓孑L轴线在同一条线上，使两种螺栓的轴向力相互传递抵消，对缸体变形的影响小，增加缸体刚性。图4是某竞品发动机的缸体解剖图，缸盖螺栓孑L螺纹在水套以下，缸盖螺栓孔与主轴承盖螺栓孑L轴线在同一直线上。3裙部弧形结构原缸体的裙部设计结构是

7、平直、大平面结构，优化后的缸体裙部纵向为弧形结构框架，形状水套缸盖螺栓孔螺纹图4某柴油机缸体解剖图为花瓶型，见图5，有利于增强缸体强度和刚性。图5中的1—4部位表明优化前缸体裙部过渡不平缓，优化后的4个尖角部位平缓过渡，形成整体弧形结构。优化后的缸体裙部横向为弧形结构，为波浪形，见图6。弧形结构有利于减小应力集中，增强裙部结构的刚性和强度，降低发动机扭曲变形。要垮藉图7某缸体裙部弧形结构设计图7为某竞品柴油机缸体弧形结构示意图，从图中可以看出缸体裙部典型的弧形结构设计