柴油机气缸盖热负荷模拟计算与结构改进.pdf

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1、第40卷第4期2011年8月小型内燃机与摩托车SMALLINTERNALCOMBUSTIONENGINEANDMOTORCYCLEV01．40No．4Aug．2011柴油机气缸盖热负荷模拟计算与结构改进宁海强余世林王术新(镇江船艇学院船艇维修训练中心江苏镇江212003)摘要：以YZ4105QF柴油机热负荷为研究对象，利用热电偶测试技术，测量了标定工况下YZ4105柴油机气缸盖温度。在此基础上，利用Pro／E三维造型软件建立了气缸盖的三维实体模型，确定了相应的换热边界条件；利用大型有限元分析软件ANSYS计算分析了气缸盖的温度场和热变形，并对气缸盖的结构提出了改进措施。关键词：柴

2、油机气缸盖温度场热变形温度测量中图分类号：TK421．1文献标识码：A文章编号：1671—0630(2011)04—0060一05FiniteElementAnalysisofThermalLoadandStructuralImprovementofDieselEngineCylinderHeadNingHaiqiang．YuShilin。WangShuxinZhenjiangWatercraftCollege(Zhenjiang，Jiangsu，212003，China)‘Abstract：ThethermalloadofYZ4105dieselenginewasinvesti

3、gated，andthetemperaturefieldsofYZ4105dieselenginecylinderheadWagmeasuredbyusingofthethermocouples．Basedonthemeasurementresults，themodelofthecylinderheadWasestablishedby3DsoftwarePro／E，andtheheattransferboundarycondi．tionswereanMyzed．thetemperaturefieldandthermaldeformofthecylinderheadwerecalc

4、ulatedbyusingofFiniteElementsoftwareANSYS．AsaresMt，thispaperputsforwardsomemethodstooptimizethestructuraldesignofthecylinderhead．Keywords：Dieselengines，Cylinderhead，Temperaturefield，Thermaldeforms，Temperaturemeasurement引言在内燃机工作过程中，气缸盖在承受较大的机械负荷的同时，还存在较高的热负荷，是工作条件最为恶劣的零部件之一。随着发动机技术的不断发展，其强化指标也

5、不断提高，导致机械负荷和热负荷的不断增加。由于柴油机气缸盖的结构非常复杂，火力面温度较高，且温度分布不均匀，造成气缸盖产生热应力和疲劳开裂等破坏现象，严重影响柴油机的可靠性和寿命。因此对柴油机气缸盖的温度场、热应力及热变形进行模拟计算具有重要的意义。1气缸盖温度测量为了能较全面准确地了解气缸盖的温度场分布，本文用外套管直径为lmm的镍铬一镍硅型铠装热电偶丝测量标定工况下YZAl05QF柴油机气缸盖的温度分布，该热电偶丝具有热惯性小和引线方便的特点¨1；利用SRE—D32数字温度巡测仪同时记录不同工况下各测点的温度。1．1气缸盖测点布置气缸盖底板火力面直接受到高温燃气的冲刷，因此火

6、力面是气缸盖热负荷最严重的地方心】。其中，喷油器座孔与进、排气门阅座之间的区域一“鼻梁区”的温度最高，排气门阀座周围的温度也很高。鼻梁区的温度场分布及由温差产生的热应力和热变形是本文考察的重点。所以，本次试验选择在气缸盖底板火力面作者简介：宁海强(1980一)。男，讲师，博士研究生，主要研究方向为船艇动力工程。第4期宁海强等：柴油机气缸盖热负荷模拟计算与结构改进61的鼻梁区(测点1、2、3)和排气门阀座周围(测点4、5)布置测温点。布置方案如图1所示。H17L缸，斋洲潲rI布代1．2温度测量结果及分析本次YZAl05QF型柴油机气缸盖温度场测量的试验工况为：标定转速3200r·r

7、ain。下，50％、75％、100％、110％负荷工况。试验过程中环境温度为8℃，EIM0301D测控仪在各个工况下控制柴油机的转速和负荷，柴油机的水温和油温保持在正常工作状态。气缸盖各测点的温度值如图2所示。由图可知，气缸盖底板火力面上各测点的试验温度的最大值出现在鼻梁区，在标定转速，100％负荷时为385．3。C，温度偏高，很容易在这个区域出现热疲劳、烧损等现象。排气门座圈处的温度在标定转速，100％负荷时为289．3℃，离排气道较近的测点5处的温度比离进气道较近的测点4处的