某汽油機排氣熱端有限元分析及優(yōu)化改進(jìn)——李相旺

1、某汽油機排氣熱端有限元分析及優(yōu)化改進(jìn)李相旺，張繼明，張志明，張松，王偉民尹曼莉(東風(fēng)汽車公司技術(shù)中心，湖北省武漢市，430058)摘要：某汽油機開發(fā)過程中，排氣熱端在整車八萬公里試驗中催化劑殼體支架發(fā)生開裂，而在該汽油機搭載的老款車型整車試驗過程中沒有出現(xiàn)該現(xiàn)象。對比新老款車型排氣熱端和整車試驗工況并通過仿真計算發(fā)現(xiàn)，排氣熱端一階模態(tài)低于發(fā)動機二階點火激勵頻率，整車高環(huán)耐久試驗時發(fā)動機轉(zhuǎn)速區(qū)間正好跟排氣熱端一階模態(tài)對應(yīng)共振轉(zhuǎn)速重合，焊接

2、支架因共振而發(fā)生開裂。因為開發(fā)節(jié)點和空間布置原因，在原機型上采用保守方案，即在催化劑殼體支架和其連接支架螺栓孔連接處焊接減振單元，減小支架應(yīng)變。在改進(jìn)機型上對缸體支架重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，提高整個排氣熱端一階模態(tài)，使其避開發(fā)動機二階共振轉(zhuǎn)速。試驗表明，保守方案和改進(jìn)方案均解決了支架開裂問題。通過該問題的分析及解決，積累了排氣熱端仿真、設(shè)計及試驗經(jīng)驗。關(guān)鍵詞：汽油機；排氣熱端；開裂；模態(tài)；減振單元；中圖分類號：U464.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B熱端溫

3、度場分布如圖3所示。圖3排氣熱端溫度場分布從圖3可看出，各歧管管件溫度較高，缸蓋和各支架溫度較低，其中焊接支架溫度明顯高于缸體支架，溫度分布趨勢基本合理。得到排氣熱端溫度場后就可以進(jìn)行模態(tài)分析，排氣熱端模態(tài)分析必須考慮溫度影響是因為熱端溫度整體較高，而金屬材料在高溫時其物理力學(xué)性能會發(fā)生很大變化，如圖4所示?？梢钥闯鲭S著溫度升高，材料彈性模量、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、膨脹系數(shù)等都會發(fā)生明顯變化，而這些參數(shù)都會對模態(tài)結(jié)果有影響。圖4材料力學(xué)特性