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高效清洁燃烧

摘要

在铁路行业，为了提高燃油经济性以及环保要求，中速柴油机的性能已经明显改善，这就要求不断提高峰值爆发压力。本文为确保在提升峰值爆发压力引起机械和热载荷的增加带来的可能的失效的风险进行了详细的预测性的计算分析。用于本文分析的柴油机(当前版本)已经在国内和国际铁路行业保持长期可靠的信誉,本文的工作也兼顾了该柴油机的强化版本。 首先才有那个1维求解的方法对整机进行热态动力学评估，进而确保柴油机的热平衡已经优化到了目标爆发压力。性能分析的第二阶段采用3D计算流体动力学对缸内燃烧情况进行求解计算。上述的评估均被用于确保柴油机性能和排放已经被优化，其次可以为后续更高爆压的强化柴油机进行的结构分析、疲劳和寿命分析提供准确的边界条件（包括热传递和机械载荷）。 本文着重对强化柴油机的气缸盖进行分析。气缸盖被认为是柴油机中最复杂的部分，因此对气缸盖的分析计算是在更高爆压的强化柴油机的评估中最重要也是最具挑战的任务。采用在有限元的方法分析爆压提升后对强化柴油机的影响，除了有限元方法之外，将冷却系统进行3D CFD 计算获得的换热系数和强制对流边界映射到有限元上。首先进行热传递分析对整个气缸盖结构的温度分布进行预测。 之后对热态-静态进行耦合求解获得完整的工作应力。 采用传统的线弹性有限元方法获得的不切实际的几何应力集中理论结果，会使设计师过高的估计工作时产生应力，进而影响分析师用这些应力计算疲劳寿命的真实和准确性。本文中高应力集中的问题以现有机型大量服务运用经验反应的真实的寿命作为模型的标定。在接触表面施加加载完整的几何非线性接触和摩擦交互。在进行高热塑性应变以及低周疲劳寿命评估时需要材料的非线性各项参数。分析了在爆发压力达到180bar时临界区域的高周疲劳安全系数。提高气缸盖材料可以满足提升爆压的需求，同时为确保获得高的可靠性在气阀导杆和气道交接的圆角需要进行调整。

关键词

爆发压力;柴油机;气缸盖;可靠性;热机疲劳

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