发动机缸盖的现代设计方法

内燃机设计

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19 98年 1 2月

内的流场与温度场、盖温度场、缸应力与应变分布等 )以反映多种因素的相互影响与相互作用， 而其中的关键技术主要在于实现较高精度的流动与传热数值模拟，确描述复杂的几何形状精与准确确定复杂的边界条件。 流动与传热现象的数值模拟是缸盖设计与计算中的一个重要问题，部件的热负荷水平零常用最高工作温度，部不同方向上的温度梯度及其对应的热应力、应变和局部承受的低频局热

与高频热疲劳来评定，作为热负荷评定与计算的基础则是温度场，而温度场又与流场有紧密的 联系。随着计算流体力学的发展，其应用领域也不断扩大，对缸盖中冷却水腔内的流场与温度场的数值模拟也已有报道文献[] 3中介绍了 I本丰田公司进行的有关工作，主要包括冷却水腔内的流场与缸盖温度场、应力场的数值模拟，文献[] 4也开展了类似的研究，但均未涉及气道内的流场这一对于缸盖温度场进而对热负荷有较大影响的因素。 文献[] 3认为，在缸盖设计与改进中目前最主要的目标是优化冷却水流动与提高结构疲劳强度。

缸盖不同位置的冷却强度应根据对应处的温度与热流密度来确定，冷却不足则局部热负荷过高，易由于过热产生裂纹等，容汽油机爆震倾向增大}而冷却过度则不利于发动机效率的提高和对有害气体排放物的控制同时，却水腔体积应在满足冷却要求的前提下尽可能减冷

小，以利于缩短暖机时间。文献[] 5中提出了“精确冷却”的概念，通过优化冷却水腔结构，可控制关键部位的温度，以获得较均匀的温度分布，低损失功率及散热量，降从而提高零部件的可靠性与发动机的性能。

文献[] 6中针对高强化程度的四气阎直喷式柴油机的缸盖设计开展研究，主要从降低热负荷、小噪声与振动的角度，过数值模拟计算来优化其结构。减通

2研究进展囝 1给出，动机缸盖的设计流程。结构初步设计的主要内容是根据设计要求与约束条发

件进行缸盖的计算机三维建模，随后开展各项数值模拟计算 (包括冷却水腔内的流场与温度场，排气道内的流场与温度场，进汽缸盖的温度场、力与应变分布等 )根据计算

结果进行结应并构改进，进行样品试制与各项试验，括性能以及可靠性等试验。为反映各部分之问的相互再包

影响与相互作用，各项数值模拟计算不应只是按顺序进行，而艉

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核心部分，这一点目前不仅在工作站上已经实现，而且在微机上也已基本实现。维造型有可能更直观、全面地表达实际三更

1.亘匪委 ]陶】缸盖的设计流程

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第2 o卷第 6期

常思勤等：发动机缸盖的现代设计方法

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形体，利用三维几何造型技术建立起来的几何模型，也可供后续的设计分析和数控编程等多个方面使用。三维造型的进一步的发展将利用特征概念、柬条件和模型参数化思想，计人约为设员提供更高效率和更符合工程设计习惯的造型方法。

对于缸盖而言，内部结构十分复杂且难于表达，缸盖底部构成燃烧室的一部分，同时在一个受到严格控制的空间中，需要布置进、气道与进、排排气阀，柴油机的喷油器，汽油机的火花

塞，缸盖固定螺钉孔和冷却水腔等。缸盖的各个组成部分都有着自己的设计要求，为协调处理好各个组成部分的空问布置，三维造型设计这一手段就尤为必要，维建模也是进行后续一系三列数值模拟计算的基础工作。 笔者已进行了缸盖的三维造型设计的研究，线与曲面均采用了非均匀有理 B样条曲 ( mB )法生成， M s方能够适应于缸盖的复杂结构。 2为缸盖内进、气道与喷油器的空问布图排置的j维实体模型， 3则为缸盖内冷却水腔 (图部分 )的三维表面模型。

图 2缸盖内进、气道与喷油器排的学问布置

图 3缸盖内辟却水腔

(分 )三维模型部的

2 2气道内气体流动的三维数值横拟，

笔者在进排气道的流场的数值模拟方面已开展了深入系统的研究并已取得较大进展[a;

通过对进、排气道内气体流动的模拟计算，可以获得气道内压强、流速等参数的分布规律，并建立气道形状与其特性(包括流量系数、涡流强度等)的关系，提供设计与改进的依据。笔者还对发动机进、排气道流动模拟的数学模型与数值算法进行了分析与研究，着重研究了对具有复杂外形的流动区域有很好的适应性的计算网格划分方法及其自动生成算法以及提高计算精度与计算效率的措施，自行开发了大规模的三维流动模拟计算软件 3 Fo,到了自动生成井 D-Iws得流动数值模拟所需的计算网格和有关的几何数据。通过对比计算与实测的质量流量 …… 此处隐藏：2756字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……