瞬态温度循环下的气缸垫密封分析与设计.pdfVIP

第 3期（总第224期) 车用 发 动 机 No . 3 (Serial No . 224) 2016年 6月 V EH IC LE ENGINE Jun . 2016 瞬态温度循环下的气缸垫密封分析与设计 潘 琼 瑶 ，冉帆 ( 泛 亚 汽 车技 术 中 心 有 限 公 司 ，上海 201201) 摘 要 ：针 对 气 缸 垫 易 于 失 效 的 受 载 和 瞬 态 温 度 循 环 工 况 ，提 出 了 瞬 态 温 度 循 环 下 的 气 缸 垫 密 封 设 计 与 分 析 方 法 。采 用 材 料 和 接 触 非 线 性 有 限 元 方 法 建 立 缸 体 、缸 盖 、气 缸 垫 和 螺 栓 一 体 化 分 析 模 型 ，进 行 瞬 态 温 度 和 结 构 密 封 分 析 ，采 用 密 封 压 力 和 凸 筋 跳 跃 量 对 气 缸 垫 密 封 进 行 评 价 。通 过 分 析 ，识 别 出 密 封 压 力 和 凸 筋 跳 跃 量 存 在 风 险 的 区 域 ，对 设 计 进 行 改 进 ，合 理 设 置 停 止 片 高 度 ，做 到 密 封 压 力 和 凸 筋 跳 跃 量 之 间 的 平 衡 。 关 键 词 ：瞬态温度；非 线 性 ；有限元分析；气 缸 垫 ；密封 DOI ：10. 3969/j. issn. 1001-2222. 2016. 03. 005 中图分类号：TK413. 1 文献标志码：B 文章编号：1001-2222(2016)03-0025-05 气缸垫在发动机中属于紧固密封类零件，体积 1 金属气缸垫的设计特点和模拟分析 虽小，功能却十分重要。气缸垫连接发动机两大核 心零件:缸体和缸盖，对其中的燃烧室、冷却水套和 金属气缸垫主要由凸筋起密封作用，一般用全 油道起着密封作用。如果气缸垫发生失效，会造成 筋来密封高温燃气，用半筋密封水道和油道。图 la 油水混合、燃气泄漏等严重密封问题，在发动机产品 示出了气缸垫的凸筋布置，图 l b 示出了两缸之间气 开发中必须避免。 缸垫的凸筋截面。在复杂的运行工况中，由于螺栓 传统发动机开发中，气缸垫的密封性能一般通 力和温度冷热交替变化，缸体和缸盖的变形也会改 过试验来考核，存在两种不同的认证试验:第一种是 变，从而引起凸筋不同的压缩和回弹变形，这一变形 发动机在全速全负荷下稳定运转；第二种是发动机 是非线性的。如果凸筋压缩量较大，结构再次发生 冷起动、极速升温和冷却循环，考验气缸垫在整车急 回弹时，凸筋不易跟随，可能会带来密封失效，因此 加速急减速工况，考虑高低温交变情况下的密封性 在燃烧室周围的全筋旁一般会布置停止片（stop ­ 能。近来随着计算机技术的发展，有限元分析可以 per ) ， 防止全筋被过度压缩。 在气缸垫开发早期预测风险，对设计提供指导。兰 银在等[1]，张洪超等[2]将三维接触非线性有限元方 法应用于气缸垫的密封性能分析中，得到了与实测 较为一致的结果。Suresh Kumar Kandreegula 等[3] 通过常温、高温装配，高温点火等工况的分析，发现 气缸垫密封压力受到螺栓预紧力、气缸垫设计的影 响，而当考虑到温度载荷时，垫片的压力分布会有很 大的改变。文献[4-8]探讨了气缸垫凸筋、冷却液温 度对密封的影响，但仅考虑标定功率点的稳态温度 r777T7777777^r /- 停止片 分布，相当