氣缸孔變形及其對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響研究.pdf

1、缸孔變形對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒排放，可靠性等都有重要影響。性能方面：氣缸孔變形大的發(fā)動(dòng)機(jī),由于活塞環(huán)不能很好密封，機(jī)油容易竄入燃燒室熱解裂化產(chǎn)生顆粒，導(dǎo)致其顆粒排放水平差，很難達(dá)到對(duì)顆粒排放要求嚴(yán)格的國(guó)3排放法規(guī)要求；并且燃燒室燃?xì)馊菀赘Z入曲軸箱，做功的燃?xì)庑孤?huì)導(dǎo)致燃油消耗率不理想。缸孔變形差的發(fā)動(dòng)機(jī)往往很難達(dá)到排放升級(jí)的目的，當(dāng)面臨國(guó)家排放強(qiáng)制法規(guī)生效后，這些在市場(chǎng)上有一定的量，氣缸孔不合格的發(fā)動(dòng)機(jī)就面臨淘汰的命運(yùn)，會(huì)對(duì)企業(yè)造成重大損失?？?/p>

2、靠性方面：氣缸孔變形大的發(fā)動(dòng)機(jī)容易耗機(jī)油、竄氣及磨損缸套，導(dǎo)致新品開(kāi)發(fā)進(jìn)度慢及批產(chǎn)投放市場(chǎng)后三包維護(hù)費(fèi)用大；機(jī)體和缸孔變形超過(guò)一定程度，還有可能導(dǎo)致氣缸蓋墊片密封失效，漏水漏氣等嚴(yán)重故障。為制造出性能、排放達(dá)標(biāo)及可靠性?xún)?yōu)異的發(fā)動(dòng)機(jī)，必須開(kāi)展缸孔變形的研究及優(yōu)化工作。本人所屬公司開(kāi)展缸孔變形研究的背景是國(guó)3排放法規(guī)的推行及開(kāi)發(fā)中由于發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化程度的提升和為降低燃油耗而減輕機(jī)體重量、減薄機(jī)體而伴生出現(xiàn)的耗機(jī)油、缸套磨損及氣缸蓋墊片密封失效，

3、漏水、漏氣故障的增多，導(dǎo)致公司新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)面臨很大的困難和挑戰(zhàn)，公司技術(shù)部門(mén)急需提升產(chǎn)品水平解決面對(duì)的困難，早日開(kāi)發(fā)成功新產(chǎn)品，為公司打下更多的市場(chǎng)份額增加更多的“炮彈”并增加公司的盈利和效益。本文開(kāi)展了氣缸孔變形測(cè)試及研究工作，測(cè)試及分析了各系列發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品氣缸孔變形的水平并判斷其是否適應(yīng)進(jìn)一步排放升級(jí)的要求，研究了各種減少氣缸孔變形的方法，為公司技術(shù)層的決策提供了依據(jù)；定性及定量研究了氣缸孔變形對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，得出缸孔變形控制在一定范

4、圍就是可接受的結(jié)論；研究了各種減少氣缸孔變形的方法并對(duì)問(wèn)題產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)整改和驗(yàn)證，選出最優(yōu)的改進(jìn)方案用于產(chǎn)品升級(jí)；用計(jì)算機(jī)有限元分析氣缸孔的變形及其引起故障的機(jī)理，找到了最終解決發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋墊片漏水、漏氣，機(jī)油耗高等重大疑難故障的措施。本文開(kāi)展研究工作得到的成果及收獲是： （1）解決了某新開(kāi)發(fā)機(jī)型氣缸蓋墊片漏水的故障。該機(jī)型開(kāi)發(fā)早期，出現(xiàn)了氣缸蓋墊片漏水問(wèn)題，開(kāi)始認(rèn)為是氣缸蓋墊片的問(wèn)題，進(jìn)行了多輪氣缸蓋墊片的整改驗(yàn)證都無(wú)法閉環(huán)故障

5、，該機(jī)型的整個(gè)開(kāi)發(fā)陷于停頓的狀態(tài)。本文開(kāi)展研究工作后，測(cè)試并研究了該機(jī)的缸孔變形，認(rèn)為是機(jī)體和缸套的變形導(dǎo)致了氣缸蓋墊片密封不嚴(yán)漏水，而不是因?yàn)闅飧咨w墊片有問(wèn)題而導(dǎo)致漏水，把整改工作從氣缸蓋墊片轉(zhuǎn)移到機(jī)體及缸蓋螺栓，最終解決了故障，使該機(jī)型的開(kāi)發(fā)得以繼續(xù)進(jìn)行下去，現(xiàn)在該產(chǎn)品已經(jīng)投放市場(chǎng)并開(kāi)始為公司創(chuàng)造效益。 （2）解決了某新開(kāi)發(fā)的擴(kuò)缸機(jī)氣缸蓋墊片密封不嚴(yán)的問(wèn)題。該機(jī)開(kāi)發(fā)以來(lái)，由于可靠性試驗(yàn)中，氣缸蓋墊片密封失效沒(méi)有辦法解決這一瓶頸

6、而停滯不前，整改了多輪氣缸蓋墊片進(jìn)行驗(yàn)證都失敗了。本文開(kāi)展研究工作后，發(fā)現(xiàn)該機(jī)擴(kuò)缸后機(jī)體支撐氣缸套的臺(tái)階部位受力超出材料承受范圍，使氣缸孔變形不合格，并使機(jī)體頂面產(chǎn)生永久變形而密封失效。產(chǎn)生問(wèn)題的根本在于機(jī)體而不是氣缸蓋墊片。本項(xiàng)目分析清楚故障的原因后，開(kāi)展了有限元分析和優(yōu)化，選用最優(yōu)改進(jìn)方案進(jìn)行了機(jī)體的設(shè)計(jì)更改，加強(qiáng)了機(jī)體強(qiáng)度，最終解決了該故障。該機(jī)型上市后，第一年就有1萬(wàn)臺(tái)的需求。 （3）極大的降低了發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)油消耗量和漏氣量

7、，使發(fā)動(dòng)機(jī)更容易進(jìn)行排放升級(jí)。某機(jī)型經(jīng)過(guò)整改降低4階變形后，機(jī)油消耗量及漏氣量都降低了25％左右，這個(gè)成果可以推廣到其它機(jī)型。減少機(jī)油消耗量可以減少用戶(hù)的維護(hù)費(fèi)用，降低有害排放；減少漏氣量可以減少泄露到大氣中的有害氣體，同時(shí)增加參與做功的燃?xì)?，降低燃油消耗率?（4）摸清了氣缸孔變形與機(jī)油消耗量、活塞漏氣量的關(guān)系，得出氣缸孔變形控制在一定范圍內(nèi)，繼續(xù)減少變形對(duì)機(jī)油消耗量及活塞漏氣量影響不大的結(jié)論。這一結(jié)論對(duì)即控制好缸孔變形又不大量

8、增加成本有重要意義。 （5）分析了某鋁機(jī)體機(jī)型中低速漏氣量大的問(wèn)題，認(rèn)為是由于機(jī)體強(qiáng)度不足導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)氣缸孔變形過(guò)大，從而活塞環(huán)與氣缸壁面出現(xiàn)間隙而漏氣嚴(yán)重。如果不解決機(jī)體強(qiáng)度的問(wèn)題，繼續(xù)開(kāi)發(fā)這種發(fā)動(dòng)機(jī)沒(méi)有意義。該款發(fā)動(dòng)機(jī)使用鑄鐵機(jī)體后，很長(zhǎng)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)漏氣量基本不變，這個(gè)也需要關(guān)注并作進(jìn)一步分析。 （6）摸索及總結(jié)出了大量用于減少缸孔變形的方法。缸孔變形主要原因是受外力的作用，減少外力、優(yōu)化裝配工藝以及加強(qiáng)機(jī)體、缸

9、套強(qiáng)度都可以減少缸孔的變形。 （7）本文首次對(duì)缸孔變形的柔順程度（缸孔變形的變化率）進(jìn)行了分析，認(rèn)為除了缸孔變形的階次外，變形的柔順程度（變化率）對(duì)活塞環(huán)能否有效彌補(bǔ)氣缸孔的變形也很重要。缸孔變形的變化率對(duì)活塞環(huán)的有效密封也有影響是一個(gè)全新課題，在氣缸孔變形研究領(lǐng)域內(nèi)是本文首次提出。 （8）通過(guò)計(jì)算機(jī)有限元分析模擬了受氣體力狀態(tài)下，機(jī)體及氣缸孔的變形。對(duì)既受螺栓預(yù)緊力，又受氣體力作用的氣缸孔變形進(jìn)行了深入研究，得出了相關(guān)結(jié)論