增压发动机排气歧管开裂问题分析与解决措施.pdf

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1、InternalCombustionEngine&Parts·91·增压发动机排气歧管开裂问题分析与解决措施孟祥润（长城汽车股份有限公司动力研究院，保定071000）摘要:以四缸增压直喷发动机为例，其在实验的过程中，比较容易发生排气歧管开裂的现象。为了有效的解决这一问题，首先，必须要在现场对排气歧管开裂的位置以及开裂的严重性进行确认；其次，开展失效分析，对导致排气歧管开裂的原因进行初步确定；再次，利用计算机技术进一步明确开裂原因，同时采取针对性的解决措施；最后，对样件进行整改并进行试验验证。关键词:增压发动机；排气歧管；开裂问题；解决措

2、施0引言通过对元素分析报告的分析，可以得知：失效的排由于近年来发动机的强载度在逐渐增加，导致其对各气歧管中，各种化学元素的成分都符合相关标准，见表种零部件的性能要求日益增加，尤其是排气歧管这类耐高1。由此可知，元素的含量对排气歧管是否发生开裂没有温零件。所以，增强排气歧管设计的合理性、降低其开裂几任何影响。率，已经成为目前社会关注的焦点问题。时至今日，排气歧表1排气歧管材料元素检测的对比分析管开裂现象在发动机或者整车试验过程中，已经成为常态。导致这一现状的根本原因主要有以下三方面：第一，材料选择不佳、耐温性能比较差；第二，结构设计的合理

3、性比较差，导致热应力过于集中；第三，生产厂商的工艺控制水平比较低，导致产品出现铸造方面的缺陷。本文以一台四2.2断口分析缸增压直喷发动机为例，对导致其排气歧管开裂的原因进通常情况下，裂纹均有着两种差异性很大的外貌特行分析。点：裂纹源区以及裂纹拓展区。由此可见，裂纹也是一种萌1问题阐述生与扩展的过程。某一发动机在经过800H交变负荷实验之后，其排气在分析排气歧管开裂原因过程中，断口分析是非常重歧管的表面出现了裂纹，经过确认后发现，排气歧管出现要的一种途径。借助断口分析，可以全面的研究排气歧管裂纹的部位是排气总管和腔体之间的过渡处，且经过观

4、察出现开裂的所有位置，进而准确掌握其开裂的整个过程。并未在裂纹的四周发现碳烟熏黑的痕迹，由此可初步断在进行断口分析的过程中，必须要提取出完整的排气定，腔体的内部并没有出现裂纹。歧管裂纹处的样本，并将其做成分析样块，在利用不同倍2导致排气歧管开裂的原因分析数的电镜对其进行深入的观察与分析。借助低倍电镜对排为了对造成排气歧管的原因进行进一步分析，可以与气歧管裂纹产生的根源位置进行观察，见图1，可以发现试装加工中心进行合作，沿着与裂纹相垂直的方向，用线多条比较明显的弧状裂纹，这些裂纹呈现出一种树状结构切割机对排气歧管进行切割，之后将切割之后的

5、排气歧管并向外延伸，见图2。样件交由材料院的检测中心进行检查，检查过程主要包括［1］两方面，其一是元素检测，其二便是断口分析。下面便对二者进行详细介绍。2.1元素分析元素分析指的是一种对排气歧管的所有元素开展定量分析的途径，通过元素分析，可以比较直观的掌握排气歧管的各元素含量，并判断其是否满足标准。若元素的缺失、含量不足或者含量超标，均会对材料的性能产生不同程度的影响。所以，必须要对开裂的排气歧管进行元素分析，以此来确定是否是因为元素含量的不足而导致的。本文所研究的发动机，排气歧管的材料是XNiSiCr3552高镍球铁，在元素分析的过程

6、中，需要对失效图1裂纹源区的电镜形貌的排气歧管进行取样，取样的位置必须尽可能的贴近排气而利用高倍电镜观察裂纹中部位置与末端位置，可以歧管出现裂纹的位置，以便更加直观、直接的判断，元素的发现，此处的裂纹断面比较平坦，颜色略深呈黑灰色，氧化含量对排气歧管开裂情况是否存在影响。一般情况下，元现象比较严重，并且还存在着比较明显的韧窝带，在其局素分析均会利用ICP光谱检测法，此种监测方法不仅精度部可以发现解理疲劳特征。比较高，同时检出限也比较低，且线性范围也比较广。综合考量断面的颜色，氧化程度与排气歧管的工作环·92·内燃机与配件支架等辅助性零件

7、的配合。因此，在模态分析开始之前，必须要对各个辅助零件的材料、弹性模量、密度以及泊松比等进行确定，保证其符合标准要求，进而增强分析计算的［2］准确程度。本文主要利用Abaqus软件进行模态分析，在装配完成的模型中，增压器和排气歧管以及支架之间都是刚性连接，取前十阶共振频率的计算结果如图5所示。图2树状裂纹电镜形貌境，可以初步断定：产生裂纹的主要原因是由于热应力导致的疲劳开裂。图5前十阶模态值通过对结果进行分析可以得知：一阶共振频率的数值是324.2Hz，比发动机的共振频率值要高，而二阶以上的共振频率值也要比该频率大很多，并且应变能比较大

8、的位置都处在增压器的压壳之上，见图6。由此可知，共振对排气歧管是否发生开裂是没有影响的。图3裂纹中部的电镜形貌图6应变能比较大的区域3.2CAE分析为了确认导致排气歧管发生开裂的原因，是否是热应力造成的疲劳