某国V排放轻型柴油机活塞设计研究.pdf

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1、第33卷第4期2016年8月内燃机与动力装置I．c．E＆PowerplantV01．33No．4Aug．2016【设计开发】某国V排放轻型柴油机活塞设计研究孟栋栋，赵旭东，刘涛，曹国帅(山东滨州渤海活塞股份有限公司，山东滨州256602)摘要：针对国V排放阶段轻型柴油机要求，设计满足某发动机使用要求的铝合金活塞。利用活塞各结构强度计算方法和有限元分析软件，对该活塞进行结构设计与强度校核，通过对活塞各部位不断进行优化改进，出具了最终设计方案。在发动机客户样件装机后，顺利通过了各项台架试验，由此可以判定活塞设计

2、方案满足发动机性能要求。关键词：轻型柴油机；国V；活塞设计中图分类号：TK423．3文献标志码：A文章编号：1673—6397(2016)04—0019—05ResearchontheDesignofLVDPistonunderChinaVEmissionStandardMENGDong—dong，ZHAOXu—dong，LIUTao，CAOGuo—shuai(ShandongBinzhouBohaiPistonCo．，Ltd．，Binzhou256602，China)Abstract：Accordingt

3、otherequirementsofChinaVemissionstandardforLVD，analuminumalloypistonwasdesignedtomeettherequirementofengine．UsingstrengthcalculationmethodofpistonandFEAsoftware，wehavefinishedstructuraldesignandstrengthcheckofthepiston．Throughcontinuousimprovementofpistons

4、tructure，thefinaldesignschemeisissued．Andthesam-piewhichwasinstalledinhostcustomerpassedallbenchtests．Sowecansaythedesigncasecanmeettherequirementoftheen百ne．KeyWords：LVD；ChinaVEmissionStandard；PistonDesign引言1活塞材料及结构选型随着城市交通逐渐加大了对重型柴油车的限制，轻型柴油运输车的需求逐渐提高，轻型柴

5、油机(LVD)的销量随之迅速提高，对LVD发动机的研究力度需要得到加强。同时，国家对柴油机排放要求也越来越严格，预计将会在2017年逐步推广国V排放要求。根据政策要求，同时结合满足市场需求，某发动机公司开发了一款缸径100mm以下，功率强劲且能够满足国V排放的轻型柴油机。本文重点介绍该款国V排放LVD发动机活塞设计过程，并通过有限元分析、活塞动力学分析和装机台架试验对活塞性能进行了验证。该国V排放的LVD发动机具体设计参数如表1所示。表1发动机相关参数项目单位参数排放水平一国V缸数一4缸径×冲程mm94x1

6、00排量L2．8缸心距mm105额定功率及转速kW／r／min110／3200最大扭矩及转速N·m／r／min355／2600最大爆发压力MPa16随着排放、经济性等要求的提高，发动机的强化程度也不断增强，活塞需要承受更高的热负荷和机械负荷；对发动机活塞可靠性的要求也越来越高。作者简介：孟栋栋(1987-)男，山东滨州人，硕士在读，助理工程师，主要研究方向是内燃机活塞设计。收稿日期：2016—04—20内燃机与动力装置2016年8月传统的ZLl09活塞材料已经不能适应该柴油机的要求，为此选用了一种新型铝合金

7、材料。相对于ZLl09，新型材料含有更多的Ni和Cu，提高了材料的体积稳定性、材料硬度和高温、室温抗拉强度。新型材料与ZLl09性能参数对比如表2所示。表2新型材料与ZLl09性能对比亟旦皇焦堑型丝整塾!Q皇硬度HBW105～13590-130室温抗拉强度MPa9230≥1951塑羔苎垫塑堡丛旦至!!Q至鱼竺由主机客户提供的发动机相关参数，可以计算得知：发动机升功率=40kW／L单位面积功率=0．4kW／cm2根据发动机性能参数、活塞压缩高度、燃烧室形状等参数以及铝合金活塞基本结构设计经验和设计标准，决定选

8、取内冷+耐磨镶圈结构旧1。2销孔销座设计在国V发动机运行过程中，活塞销座往往会成为一个高应力区域，如果此处应力过大，会引起销座开裂等失效现象的出现。与此同时，在销座设计过程中，必须综合考虑销孔表面压力对于整个活塞(尤其是燃烧室喉口)的影响。发动机客户已经对活塞销长度和外径予以规定，需要依据已有参数确定活塞销座间距，根据销孑L承载面积计算出销孔的比压。销孔比压可按图1所示计算得出。辟缸压x水尸2耽_A=WD+xaD