摘要： 对某发动机机体及其缸套进行热传导计算，得到其在全速全负荷稳态工况下的温度场分布；评价其温度场分布的合理性并以此" />
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汽油发动机机体强度和缸套变形分析
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　摘要： 对某发动机机体及其缸套进行热传导计算，得到其在全速全负荷稳态工况下的温度场分布；评价其温度场分布的合理性并以此为边界条件进行机体热强度分析.计算机体和缸套在预紧力工况、温度载荷工况以及燃气爆发压力工况下的变形和强度.采用傅里叶展开法处理得到缸套的各阶次变形情况，并通过各阶次变形评价指标评价缸套. 中国论文网 /8/view-4420497.htm　　关键词： 汽油机； 缸套； 变形； 热传导； 有限元 　　中图分类号： U464.171； TB151.1文献标志码： B 　　收稿日期： 2013[KG*9〗08[KG*9〗05 　　作者简介： 王艳军（1984—），男，山西忻州人，硕士，研究方向为有限元分析及NVH，（Email）0引言 　　机体是发动机最主要的部件之一，是发动机的骨架，其上安装着各种子系统部件和其他必要的附属设备，在发动机工作过程中机体要承受可燃混合气燃烧所产生的热负荷冲击、曲柄连杆机构高速运动所产生的各种载荷以及部件之间相对运动所产生的摩擦与磨损[13]；整个发动机系统工作过程中所产生的各种激振力最终都以不同的形式和路径传递并作用在机体上，势必要求气缸套有足够的强度和刚度，并且在工作时不致于有太大的变形.气缸套还承受活塞的侧向力，活塞在其表面做高速运动，使气缸套内壁受到强烈的摩擦.所以，在设计缸套时要提高其刚度和耐磨性，减少安装变形和热变形，防止出现拉缸等问题.[45] 　　有限元结构分析方法是非常成熟和实用的分析方法之一，在发动机相关零部件设计分析过程中得到很好的推广，可大大提高计算效率，为工程开发节省大量时间.本文以某发动机的机体和缸套为研究对象，考察机体设计中的强度和缸套变形情况. 　　1气缸套温度场计算 　　1.1有限元模型的建立 　　有限元分析模型主要包括机体、缸套（铸铁）、缸盖、气缸垫、主轴承盖以及各零件之间的固定螺栓等，见图1.为正确模拟各零件之间的接触关系，采用面面接触单元模拟零件之间的接触表面.此分析中的接触对主要包括：气缸垫分别与机体及缸盖、机体与主轴承盖、缸盖与缸盖螺栓、主轴承盖与主轴承盖螺栓等.其中，垫片单元采用Abaqus提供的专业Gasket单元，赋予其真实测试的垫片加载卸载曲线，可准确模拟发动机运行过程中垫片的密封功能，使得整机模型仿真更贴近实际情况. 　　图 1有限元模型 　　在采用有限元法求解受力问题时，为防止出现刚体位移，必须对模型施加约束条件.根据圣维南原理，约束对离其较远的地方影响较小，因此在引入约束时既要保证消除模型的刚体位移，又要对计算结果的精确性影响较小.本文主要关注机体缸套的受力变形，可在缸盖顶面上选若干点约束1，2，3自由度.该约束方式只会影响到缸盖顶面附近的计算结果，不会影响机体以下的计算结果，可得到较为合理的计算结果. 　　1.2机体和缸套温度场的计算 　　导热问题的常见边界条件有以下3类. 　　（1）规定边界上的温度值，称为第一类边界条件.温度与时间的关系式为tw=f1（τ），τ>0（1）（2）规定边界上的热流密度值，称为第二类边界条件.热流密度与时间的关系式为-λ（tn）w=f2（τ），τ>0（2）式中：n为边界面的法线方向. 　　（3）规定边界上物体与周围流体间的表面传热系数h和周围流体的温度tf，称为第三类边界条件.第三类边界条件可表示为-λ（tn）w=h（tw-tf）（3）机体的温度场计算主要采用第一类边界条件和第三类边界条件.第一类边界条件可在Abaqus中直接施加，而第三类边界条件由CFD软件计算得到，并通过其与Abaqus的接口映射到有限元网格模型上，然后利用热传导计算得到机体和缸套的温度场分布. 　　1.3热传导计算结果分析 　　通过热传导计算，可得到机体和缸套温度场结果（见图2）.缸套内壁的最高温度出现在其上部区域（即机体两缸缸肩处）.这是因为发动机正常工作时，在燃气燃烧的同时将热量传递给机体，缸套内壁上部区域直接与高温燃气接触，吸收热量较多，且此处没有冷却水道，致使冷却情况较差；缸套内壁从上往下温度依次降低.该温度场分布情况比较合理，低于材料许用温度极限. 　　图 2机体温度场结果 　　2机体强度分析 　　通过热机械耦合计算结果可知，轴承座交变应力和平均应力都较大，在进行高周疲劳计算后可知，该处安全因数均远小于1.5，须进行优化加强，轴承座安全因数和应力情况见图3.通风孔处虽然交变应力和平均应力均较小，但进行疲劳计算后发现，该处安全因数还是小于设计要求值1.5，须加大该处圆角，通风孔安全因数和应力情况见图4. 　　3气缸套变形分析 　　3.1冷装配工况下的缸套偏心量分析 　　缸盖在未装配时和装配好后其缸套的失圆度情况是不同的，缸盖螺栓拧紧后，在缸盖螺栓预紧力的作用力下，缸套会产生一定的变形，缸套变形云图见图5.可知，缸套整体体现为倾斜的变形姿态，缸套内壁均出现“两头粗，中间细”的变形，且最大变形出现在缸套顶部以下几毫米的位置.该现象主要与缸盖螺栓搭子在机体上的布置方式有关. 　　图 3轴承座安全因数和应力情况 　　图 4通风孔安全因数和应力情况 　　图 5缸套变形云图 　　本文工况分析的是缸盖螺栓预紧力对缸套变形的影响.为更好地评判气缸套的变形，在气缸套的内孔表面从上到下选取6个截面，其中4个截面距机体顶面的距离分别为8，40，71和98 mm，每个截面上有100个节点.取各个截面上各个节点的径向变形数值进行后处理，在柱坐标系下可以清晰看出不同高度截面偏心情况，见图6，可知，缸套不同截面高度均出现不同程度的偏心量，主要是由于机体进排气两侧刚度不一致导致的.如果偏移量太大，且偏向主推力面，可能会导致活塞与缸套摩擦较大，严重时可能会出现拉缸现象.
　　图 6不同高度截面偏心情况 　　3.2缸套变形傅里叶变换分析 　　为研究缸套变形与其影响因素之间的关系，针对第一缸缸套，采用傅里叶展开的方法将缸套变形各阶次分离，并通过各阶次变形的评价指标对其进行评价，找出不符合设计要求的各阶次变形，并对相应的影响因素提出改进措施.通过研究发现，缸套变形的2阶、3阶、4阶变形占主导地位.2阶主要反映的是缸套的加工变形，3阶、4阶主要反映的是螺栓预紧力对缸套的影响.缸套变形进行傅里叶展开后的各阶次变形见图7. 　　图 7缸套各阶次变形 　　缸套轴向截面各阶次变形（沿缸套高度方向）见图8. 　　图 8缸套轴向截面各阶次变形（沿缸套高度方向）由图8可知，2阶、3阶、4阶对缸套变形的贡献量都较大；阶次越高，变形量越小，符合缸套变形的一般规律.第4阶次变形量稍大，缸套的其余阶变形量均满足设计要求，应重点关注缸盖螺栓搭子的布置. 　　4结论 　　通过对机体和缸套的温度场计算，以及缸套的变形分析，得到以下结论. 　　（1）缸套的最高温度出现在两缸之间的缸肩位置，且温度在缸套的轴线方向从上到下呈梯形分布，上部温度梯度变化大于下部. 　　（2）在螺栓预紧力工况下的缸套变形呈哑铃形变形（即两头粗、中间细），且上部变形大于下部，中间则变形较小. 　　（3）施加温度载荷后，缸套的变形情况有很大的差别.主要是因为温度载荷引起的热膨胀使缸套截面径向变形变大，比机械负荷引起的变形要大得多，因此温度载荷对缸套变形的影响很大. 　　（4）通过用傅里叶展开的方法将缸套变形分解为各阶次变形，发现第一缸缸套第4阶变形量稍大，应更改螺栓搭子位置将其消除.参考文献： 　　[1]李俊宝， 李衍， 杨庆佛. 柴油机缸体振动响应分析与结构修改[J]. 内燃机学报， 1997， 5（2）： 1315. 　　[2]廖日东， 左正兴， 邹文胜. 对高速大功率柴油机用气缸盖机械负荷有限元分析边界条件施加方式的探讨[J]. 兵工学报， 2001， 22（1）： 1619. 　　[3]王虎. 内燃机缸套失圆研究[D]. 合肥： 合肥工业大学， 2010. 　　[4]张海英， 杜发荣， 范小彬， 等. XN2110型柴油机机体的刚度和强度优化设计[J]. 拖拉机与农用运输车， 2002（7）： 1113. 　　[5]姚美琴. 活塞力激励下的多缸内燃机机体结构振动响应分析[J]. 山西煤炭， 2005（3）： 5660.
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公司名称：上海汽车集团股份有限公司
注册资本：1102557万元
上市日期：
发行价：7.02元
更名历史：上海汽车,G上汽
注册地：上海市张江高科技园区松涛路563号1号楼509室
法人代表：陈虹
总经理：陈志鑫
董秘：王剑璋
公司网址：
电子信箱：.cn
联系电话：021-
上汽MG GS MEG发动机技术及临港工厂揭秘
MGE 2.0TGI发动机之性能篇&&& [ ]2014年4月，全新一代动力总成“CUBE-TECH”发布。这款动力总成运用在了首款SUV MG GS上。届时将达到“碳排放减少超过20%，动力性提升超过20%，经济性能提升20%”的总体目标。
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&&& MG GS是MG品牌推出的一款高性能中级SUV，也是全系搭载“CUBE-TECH”全新一代动力总成的首款车型。据介绍，此款加载在MG GS上的动力总成百公里加速仅8秒，动力表现与同级别竞争车型也得到了大幅提升。
&&& 那么这款最大功率为220马力、最大扭矩达到350牛米的MGE 2.0TGI 涡轮增压直喷发动机到底是如何实如此现惊人数据的？带着这样的疑问，编辑在1月8日来到了临河工厂，揭开了神秘的MGE发动机以及工厂的面纱。
解读MGE 2.0T发动机之性能篇
&&& 想要充分的了解MGE发动机，我们不妨从它的性能、节能以及环保三个方面来一一介绍。
&&& 中置直喷技术：优化燃烧系统设计，更精准地控制喷油与进气混合，实现了更加均匀的油气混合，带来更加高效的燃烧、更低的油耗及排放；同时降低燃油湿壁及碳烟颗粒物排放，减少了传热损失。
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&&& 适应性：适应性好，可以使用普通92号无铅汽油。易于形成周向分层混合气，保证了分层稀薄燃烧及均质压燃（HCCI）等前沿燃烧技术的未来应用。
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&&& 充分优化的燃烧系统：采用BOSCH高压油泵，喷油压力可至200bar（相当于每平方米施加200万kg的压力），可以实现多次喷射，精确控制喷油量和喷油时刻。高喷射压力可提高喷雾雾化，促进燃烧，改善排放。&6孔喷油器混合更加均匀，提升燃烧速度，减少碳烟，使发动机动力更强劲，更省油，排放更清洁。
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&&& DVVT双可变们正时：两个独立的凸轮轴调相器，大范围调节进排气相位，可优化全MAP、全工况的凸轮轴配气正时。 提高发动机低速扭矩，降低油耗和噪声水平、优化排放，改善怠速稳定性。
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&&& 废气涡轮增压系统：发动机启动阶段，排气热量直接传递至缸盖，快速暖机，提高润滑油温度，降低摩擦损失。小惯量涡轮增压器，提升了发动机低速扭矩，改善了增压器动态响应，使用户得到更好的驾驶体验，并降低油耗。4-2排气歧管，充分利用排气脉冲效应，提高增压器效率。 增压器电子旁通控制的应用，有效降低了增压器工作噪音。
MGE 2.0T发动机" src="http://m2./car/600/01/57/Img.jpg" alt="解读MGE 2.0T发动机" />MGE 2.0TGI发动机之节能、环保篇
MGE 2.0TGI发动机之节能、环保篇
&&& 四大静音设计：全铝高强度结构化的发动机本体设计（缸体、裙架、缸盖、正时链罩盖及油底壳），达到先进的整体NVH效果；高等级的设计标准和精密的加工工艺，保证发动机运转的低摩擦低噪音；精心设计的进排气和增压系统达到良好的整体声学效果。 
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&&& 高强度套筒链稳定传递：不易跳齿，耐磨性能优异，摩擦损耗低，先进的链片精冲、研磨工艺，链销精磨、抛光及热处理工艺，实现正时驱动的持续（免维护）、高效（低摩擦）、精准（低延伸率），显著降低运转噪音。 铸铁曲轴：可以达到锻造曲轴相同的强度和耐久性，并可降低震动噪音。精心的系统设计，保证低机油消耗量。
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&&& 发动机智能启停：红灯亮起，驾驶员踩下制动踏板（手动挡：挂入空挡；自动挡：仍然保持在D挡），系统启动，发动机自动熄火停止转动；绿灯亮起，驾驶员踩离合挂挡（手动挡）/松开制动踏板（自动挡），发动机瞬间启动，澎湃动力即刻而至。
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&&& 通过ECU信号指令，控制启动电机启动发动机，并根据停机时刻曲轴相位，精确设定喷油及点火时刻，实现发动机快速平稳启动。系统自动判断电池电量、制动真空、空调制冷/制热等因素，如影响驾乘安全和舒适时不会自动停机，彻底解除后顾之忧。可以有效节油3.5%，降低碳排放3.5%。
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&&& 全球严苛的可靠性验证：500台测试发动机全球验证，台架超过6万小时试验，整车超过600万公里试验里程，为消费者提供最耐久可靠的中等排量发动机。
MG GS解读MGE 2.0T发动机" src="http://m4./car/600/31/57/Img.jpg" alt="MG GS解读MGE 2.0T发动机" />参观临港工厂车间
临港工厂基本概况：
　　临港基地占地面积120.71万平方米，位于上海市浦东新区临港新城重装备产业区，拥有冲压、车身、油漆、总装4大生产车间和发动机工厂，其中发动机工厂占地89,786平方米。
　　目前，发动机工厂主要生产3个系列的发动机，总年产能57万台。其中，K系列发动机生产线占地29,100平方米，年产能17万台；MGE系列发动机生产线占地21,500平方米，年产能10万台；SGE系列发动机生产线占地34,700平方米，年产能30万台。
机加工车间
　　MGE的生产线分为两个部分，机加工车间和装配车间。在发动机车间，无论是零件还是整机，甚至是物流过程都有严格的清洁度标准。
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【机加工生产线-气门座圈液氮冷却】
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【机加工生产线-加工中心高精度过滤器】
　　10万台、14.8台/小时
　　机加工线有3条自动化、精益化、柔性化的现代化生产线，产能10万台/年，每小时产能14.8台，每天可制造330台。
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【GROB高速曲臂机械输送单元机加工生产线-加工中心高精度过滤器】
　　21台、6台全自动检测设备
　　整个机加工线包括缸体线、缸盖线和曲轴线，共有21台柔性加工中心、14台进口专机、6台全自动检测设备。加工尺寸普遍在mm级以下，其中高精度的μm级约占其中的2&。高精度加工工位均配备进口红宝石测量测头，对加工过程进行实时监控，确保可靠的高精度加工结果。
MGE 2.0T发动机" src="http://m1./car/600/60/58/Img.jpg" alt="解读MGE 2.0T发动机" />
【机加工生产线-加工中心高精度过滤器】
　　500帕高压
　　加工完成后的缸体和缸盖清洗采用机器人夹持定点清洗和500bar高压清洗，确保零件清洁度，高度保证发动机运行的可靠性。
MGE 2.0T发动机" src="http://m4./car/600/59/58/Img.jpg" alt="解读MGE 2.0T发动机" />
【曲轴线】
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【机油泵正时链轮检测机】
　　600多种加工刀具
　　据工作人员介绍，仅机加工刀具就包含了600多种，来自德国、美国、奥地利等世界顶级刀具供应商，囊括钻、铰、铣、镗、磨、车拉、珩磨等多种加工类型的刀具。
MGE 2.0T发动机" src="http://m2./car/600/57/58/Img.jpg" alt="解读MGE 2.0T发动机" />
【机加工生产线-缸体流水线】
　　刀具材质大量采用PCD（聚晶金刚石），CBN(立方氮化硼)等超硬材料，辅以最新PVD、CVD涂层技术，大幅提升加工质量和加工效率。刀具结构上，自反馈调节式刀具，双金属面加工铣刀等多种最新技术已经应用在汽缸孔、燃烧室面等重点加工部位，确保最佳加工效果。
MGE 2.0T发动机" src="http://m1./car/600/56/58/Img.jpg" alt="解读MGE 2.0T发动机" />
【机油泵正时链轮检测机】
MGE 2.0T发动机" src="http://m4./car/600/55/58/Img.jpg" alt="解读MGE 2.0T发动机" />
【机油泵正时链轮检测机】
MGE 2.0T发动机" src="http://m3./car/600/54/58/Img.jpg" alt="解读MGE 2.0T发动机" />
【机油泵正时链轮检测机】
　　10万台，21台/小时
　　发动机装配的绝大部分工作仍然由自动化、智能化、柔性化的现代化生产线完成。该生产线产能为10万台/年，每小时产能21台。
MGE 2.0T发动机" src="http://m2./car/600/53/58/Img.jpg" alt="解读MGE 2.0T发动机" />
【前盖自动涂胶机】
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【飞行机器人】
　　6台机器人
　　整线采用6台机器人自动装配，其中发动机内装线与外装线之间采用世界最新Flying Robot技术进行空中转换对接，实现自动输送和翻转。缸盖分装与发动机装配线之间机器人自动无缝联结。
MGE 2.0T发动机" src="http://m4./car/600/51/58/Img.jpg" alt="解读MGE 2.0T发动机" />
【机加工生产新-缸盖一体化罩盖成品下线】
　　0.6L汽油
　　在完成全部零部件的装配之后，一台台2.0TGI发动机就完整地出现在我们面前。不过对于发动机来说这还不算是“完工”的一刻，因为只有通过冷试，这一批次的发动机才算是真正的合格产品。相比热试，每一台冷试的发动机能减少0.6L汽油以及大量的人力资源。
　　1/20针眼大小
　　不仅如此，出厂的发动机还必须进行氦检。所谓的氦检就是通过对燃油管路里充填氦气、氮气混合气体后，用氦气分子捕捉器来探测燃油轨里面泄漏出来的氦气分子。据介绍，氦气分子捕捉器能捕捉相当于针眼1/20左右大小的漏孔。
　　100%在线检查
　　为了确保质量，工作人员每天还要对生产线进行100%的在线检查和抽检，以确保每台发动机都能具有可靠的品质。
　　MGE 2.0T发动机解析研讨会和参观临港工厂活动很快就结束了，我们大致了解到了每一台高性能合格的发动机是怎样被制造出来的。同时对此次的全新动力总成也非常期待。据悉，MG旗下的首款MG GS将于2015年3月份正式上市开售。届时相信会给用户一个满意的答卷。
&&& 如果您有任何问题或精彩的观点欢迎与我交流 我的ISOHU地址：&&&21