某两缸柴油机增压器的布置结构优化.pdf

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1、第3l卷第4期2014年8月内燃机与动力装置I．C．E&PowerplantV01．31No．4Aug．2014【内燃机可靠性】某两缸柴油机增压器的布置结构优化郯国文，兰必丰。张晓光(上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，广西柳州545007)摘要：针对增压器涡轮外壳出现裂纹的故障，通过ANSYS结构动力学分析，得知增压器系统前2阶固有频率在发动机的激振频率范围内，存在系统共振，是故障的主要原因。为提高系统固有频率，设计了2个优化方案。通过模态分析及可靠性试验，结果表明：最优方案的一阶固有频率提高了98％，达到设计目标，且零件通过了可靠性试验的考核。关键词：内燃机；柴油机；增压器

2、；布置结构；模态分析中图分类号：TK423文献标志码：A文章编号：1673—6397(2014)04—0043—05OptimizationLayoutofTurbochargerforaTwo——CylinderDieselEngineTANGuo—wen，LANBi—feng，ZHANGXiao—guang(SAICGMWulingAutomobileCo．，Ltd．TDC，Liuzhou545007，China)Abstract：Forthefailurethattheturbinehousingneckareaiscracked．thedynamiccharacter．i

3、sticsstudybyANSYSshowedthatthemajorcausewasthe1stand2ndnaturalfrequenciesofsystemintherangeofengineexcitationfrequencies，causingaturbosystemresonance．Inordertoincreasethenaturalfrequencies，twooptimizedschemeswereproposed．Accordingtothemodalanalysisandthereliabilitytest．thefinalresultsshowthat

4、the1stnaturalfrequencyinoptimalschemeincreases98percent，meetingthedesigntargets．Thepartspassthereliabilitytest．KeyWords：ICEngine；DieselEngine；Turboeharger；Layout；ModalAnalysis引言随着El益严格的排放和油耗法规要求，内燃机将逐渐向小排量、高功率发展¨。3J。高功率的两缸高压共轨增压柴油机具有体积小、质量轻、成本低、油耗低、排放低等优点，在微型车领域将具有广阔的市场前景”1。涡轮增压器是柴油机的重要部件之一，工

5、业先进国家已经把涡轮增压机型作为柴油机的基本型，其可靠性和性能直接影响到柴油机的性能．5。6J。增压器的合理布置是实现可靠性的前提，两缸柴油机纵向尺寸较四缸机减小23％左右Ho，纵向空间小，使增压器的布置面临更多的困难。本文所述两缸柴油机在项目开发试验中涡轮喉口外壳出现裂纹。利用通用型有限元分析软件AN-SYS对增压器系统进行结构动力学分析，找到了涡轮喉口出现裂纹的原因和增压器系统初始布置结构的薄弱环节。通过模态分析确定了增压器系统布置结构的优化方案。对优化方案的样件进行可靠性试验，结果表明：设计满足可靠性要求。l目标增压器的结构和应用特性分析本文的研究对象是匹配在某两缸高压共轨

6、柴油机上的废气旁通阀式涡轮增压器。如图1所示，增压器横置(增压器轴线与曲轴轴线垂直)安装在发动机后方，通过螺栓将涡轮进气法兰与排气歧管法兰相连，除此之外无其它支撑部位，整个增压器处于悬臂状态。涡轮出气口端面安装有一个排气转接作者简介：郯国文(1986一)，男，江西赣州人，本科，助理工程师，研究方向为柴油机总体设计。收稿日期：2014-03—23内燃机与动力装置2014年8月头，DOC通过一连接钢管及法兰与排气转接头相连。图1发动机及增压器的初始布置状态发动机的主阶次激振频率一般指气缸的发火频率。若增压器系统的固有频率落在发动机激振频率范围内，则很容易引发增压器系统的共振失效，使涡

7、轮壳体产生裂纹一J。目标发动机的额定转速为3500r／min，对应的发动机激振频率为58Hz。因此，要使增压器系统避开发动机的激振频率可靠运行，其前几阶固有频率不得低于58Hz。考虑到误差对系统固有频率的影响，要求增压器系统前几阶固有频率大于80Hz(1．4的安全系数)。2故障原因分析及优化方案讨论2．1涡轮外壳出现裂纹的原因分析目标增压器在做整车驾驶性标定试验中，涡轮喉口(涡轮进气口)外壳出现裂纹。通过ANSYS对初始增压器系统(含排气歧管及DOC)进行模态分析，得到系统的固有