柴油機氣缸蓋
關注創建者：匿名 創建時間：2021-08-09
柴油機氣缸蓋的實例教程
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研究背景
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目前，法國正在運行的34個900MWe級反應堆中均設置了兩組應急柴油發電機，以保證核電站在外部電力中斷的情況下各類應急設備的正常工作從而確保核電站的安全。作為預防性維護的一部分，有關部門對發電機進行了定期測試和檢查。
在檢查中，氣缸蓋的氣門橋處觀察到了裂紋（圖1，2）。EDF和柴油發電機制造商兼設計者瓦錫蘭公司40年的經驗反饋表明，這些裂紋是在定期測試中發電機的周期性啟動和停止（低頻熱疲勞）導致的，對其運行沒有影響。反饋還表明，裂紋不會擴展到水冷回路區域，從而不會導致發電機的停機。
圖1 氣缸蓋氣門橋處的裂紋
圖2 某破裂面上的裂紋
盡管有大量的經驗反饋作為支撐，法國核安全局（Autorité de S?reté Nucléaire, ASN）仍要求EDF嚴格證明這些裂紋的無害性。因此，EDF的核電部中負責制定和優化核反應堆維護策略的國家運營工程部（UNIE）指示研發部門通過數值模擬對裂紋擴展過程進行論證，關鍵在于通過增大檢查間隔時間的方式來減輕氣缸蓋的維護負擔，同時還要避免因出現裂紋而被拒收的氣缸蓋的早期更換。
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材料實驗
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由于氣缸蓋材料（層狀石墨鑄鐵GJL-300）原本不存在于EDF的數據庫中，因此該材料的熱力學參數必須通過實驗從反應堆中廢棄氣缸蓋上采集的樣品中提取。EDF在20℃，220℃和420℃下對氣缸蓋材料進行了單向拉伸實驗、循環拉/壓實驗和疲勞裂縫發展實驗，并獲得了相應的材料力學參數（圖3，4，5）。
展開 周期性對稱支承板機座的熱流固耦合數值模擬研究.pdf
柴油機氣缸蓋流固耦合傳熱分析研究.pdf
熱流固耦合建模過程.pdf
* 當柱塞上升至"上止點"后往下移動，柱塞傾斜槽又會與吸入口相遇，柴油又被吸進柱塞套里面，再次重復上述的動作。直列式噴油泵每一組柱塞系統對應一個氣缸，4個氣缸就有4組柱塞系統，因此體積比較大，多用在中型以上汽車。例如公共汽車和大貨車上的柴油機一般用直列式噴油泵。
轎車及輕型汽車柴油機上的噴油泵一般是分配型，具有體積小重量輕，零件少構造簡單的優點。它用兩組柱塞系統(或者一組柱塞系統)加壓，柴油分別送入各個噴油嘴。
它的基本工作原理就是在泵里面有兩組對置柱塞安裝在葉輪上，葉輪被發動機帶動轉動時，柱塞也隨之轉動，由于凸輪環的凸起部分壓動柱塞，使柱塞發揮象泵的作用一樣向葉輪中央的送油孔壓送柴油，這時送出去的柴油充滿了分配器入口處，然后按各氣缸順序排列噴射。
由于兩組柱塞系統(或者一組柱塞系統)的動作轉數與氣缸數目成比例增加，因此該種噴油泵受到汽缸數目及最高轉速的限制。
隨著柴油機技術的發展，又興起一種單體式噴油泵形式(稱為單體泵或者泵噴嘴)，它實際上是將上述兩種型式的噴油泵"化整為零"，發動機每個氣缸燃油噴射由各自的獨立噴射單元(單體泵或者泵噴嘴)來完成。
對于單體泵而言，噴油泵與噴油嘴之間用一根很短的高壓油管相連，而對于泵噴嘴而言，噴油泵與噴油嘴組合為一體，直接安裝在柴油機氣缸蓋上，由頂置凸輪軸驅動。它們的最大優點是能夠減輕或者消除在柴油流動和噴射的過程中，在高壓油管內所形成的壓力波影響。因為這個壓力波會妨礙著噴油系統與負荷、轉速的良好匹配，并會隨著高壓管的長度增長而增大。
因此，縮短高壓油管的長度(噴油泵的設計思想)或干脆不要高壓油管(泵噴嘴的設計思想)，減少柱塞與噴油嘴之間的高壓容積，可以得到接近于凸輪輪廓線所規定的供油規律。尤其是泵噴嘴，早在十幾年前已經應用在通用汽車上，如今有電子技術的精確控制，使其性能得以提高。
展開 Adiabatics公司的工程師用多物理場軟件分析了在原型試驗中出現了裂縫的軍車柴油機氣缸蓋的熱結構行為。
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?? Nelson使用ALGOR的熱分析功能來優化寬量程氧氣傳感器，該傳感器可以使汽車更清潔、更有效。
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???惠普公司用ALGOR的非穩定流分析功能優化了熱噴墨打印頭的進墨流道的墨流，從而使打印質量達到最優。
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??上圖所示采用焦耳加熱的點焊系統中，在兩塊金屬薄板之間通過電流將二者永久焊接，對其進行靜電流和電壓分析以確定電流分布，靜電結果隨后被直接用于穩態熱分析來確定溫度分布。
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合金氣缸體、氣缸蓋壓鑄成形技術
鋁合金是汽車上應用最快和最廣的輕金屬，因為鋁合金本身的性能已經達到質量輕、強度高、耐腐蝕的要求。最初，鋁合金僅用于一些不受沖擊的部件。后來，通過強化合金元素，鋁合金的強度大大提高，由于質輕、散熱性好等特性，可以滿足發動機活塞、氣缸體、氣缸蓋在惡劣環境下工作的要求。鋁合金氣缸體、氣缸蓋壓鑄成形核心技術可以提高凈化、精練、細化、變質等材質質量控制，使得鋁鑄件質量達到一致性和穩定性。
隨著我國汽車業的發展，特別是家用轎車的快速增加和汽車部件出口的增大，汽車鋁鑄件將有很大的增長。鋁氣缸蓋成形工藝主要有兩種，一是以歐美為代表的重力鑄造成型工藝，上海皮爾博格、南京泰克西等公司，選用意大利法塔公司重力鑄造機生產鋁氣缸蓋。二是以日韓為代表的低壓鑄造成型工藝，東風日產發動機分公司鋁壓鑄車間、廣東肇慶鑄造公司、天津豐田鑄造公司，選用日本新東等公司低壓鑄造機生產鋁氣缸蓋。
6. 半固態壓鑄成型技術
半固態技術發源于美國，因此在美國這一技術已經基本成熟，處于全球領先地位，被稱之為21世紀最有前途的材料成形加工工藝。Alumax公司率先將該技術轉化為生產力，生產的鋁合金汽車制動總泵體毛坯尺寸接近零件尺寸，加工量占鑄件質量的13%，同樣的金屬型鑄件的加工余量則占鑄件質量的40%。20世紀80年代以來，歐洲等國在半固態應用方面作了大量研究和應用工作。
7. 鑄鐵材質的發展趨勢
薄壁高強度灰鑄鐵件技術
灰鑄鐵件在汽車上大量應用，由于該材料具有低的成本和良好的鑄造性能優勢。隨著汽車技術輕量化要求，灰鑄鐵的增長和發展將受到一定的影響，因此加強薄壁高強度氣缸體、氣缸蓋鑄件技術的開發與應用將是發展趨勢。
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柴油機氣缸蓋的最新內容
蠕墨鑄鐵廣泛應用的巨大潛在市場是在汽車業，其主要產品則是發動機氣缸體和大功率柴油機氣缸蓋鑄件。隨著汽車輕量化和比功率（kW/排量）的提高，氣缸體和氣缸蓋的工作溫度越來越高，許多部位的工作溫度超過200 ℃，在此溫度下，鋁合金的強度大幅度下降，而蠕鐵則具有很大的優勢。
球墨鑄鐵技術
球墨鑄鐵由于其高強度、高韌性和低價格，所以在汽車市場上仍有很大發展。
蠕墨鑄鐵廣泛應用的巨大潛在市場是在汽車業，其主要產品則是發動機氣缸體和大功率柴油機氣缸蓋鑄件。隨著汽車輕量化和比功率（kW/排量）的提高，氣缸體和氣缸蓋的工作溫度越來越高，許多部位的工作溫度超過200 ℃，在此溫度下，鋁合金的強度大幅度下降，而蠕鐵則具有很大的優勢。
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關于Code_Aster
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Code_Aster為法國電力集團（EDF）自1989年起開始研發的通用結構和熱力耦合有限元仿真軟件。Code_Aster可用于力學、熱學和聲學等物理現象的仿真分析，以及進行上述現象的耦合仿真分析。作為一款有限元仿真軟件，Code_Aster可進行靜力學、動力學和振動、子結構分析、土-結構相互作用、流固耦合、熱學等問題的仿真分析，
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?? Nelson使用ALGOR的熱分析功能來優化寬量程氧氣傳感器，該傳感器可以使汽車更清潔、更有效。
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???惠普公司用ALGOR的非穩定流分析功能優化了熱噴墨打印頭的進墨流道的墨流，從而使打印質量達到最優。
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