某柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輪系優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

姚強(qiáng) 鄭雪茹 杜安用 江琳琳 劉凱

摘要：本文根據(jù)某柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)，通過(guò)CAE仿真計(jì)算分析，優(yōu)化了各附件（發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、動(dòng)轉(zhuǎn)泵）的位置，保證了每個(gè)附件正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。研究表明，包角、打滑率、漲緊器的結(jié)構(gòu)是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)輪系的重要指標(biāo)。

關(guān)鍵詞：柴油發(fā)動(dòng)機(jī);附件;包角;打滑率;漲緊器

中圖分類號(hào)：U464.9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-2550（2019）06-0065-05，

Optimization design of a diesel engine train

YAO Qiang， ZHENG Xue-ru， DU An-yong， JIANG Lin-lin， LIU Kai

（ Dong Feng Automobile co.，Ltd Commercial Product R& D Institute， Wuhan， 430057，China ）

Abstract： According to the whole machine structure of a diesel engine， the CAE simulation?calculation and analysis optimizes the position of each accessory （generator， air conditioner?compressor， and rotary pump ） to ensure the normal operation of each accessory.Studies have shown that the wrap angle， the slip ration， and the structure of the tensioner are important?indicators for evaluating the engine train.

Key Words： Diesel engine; accessories; wrap angle; slip rate; tensioner

姚強(qiáng)

畢業(yè)于武漢科技大學(xué)車輛工程專業(yè)，碩士研究生學(xué)歷，現(xiàn)就職于東風(fēng)汽車股份有限公司商品研發(fā)院機(jī)型科，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)機(jī)型布置兼項(xiàng)目管理工作。

為了滿足汽車正常行駛的需要，發(fā)動(dòng)機(jī)附件充當(dāng)這重要的作用，一臺(tái)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)附件主要包括發(fā)電機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)、動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵、水泵等C在整機(jī)和整車布置的過(guò)程中，不僅要滿足間隙要求，而且需要滿足各附件正常工作的條件。本文以某柴油機(jī)為例，介紹了如何通過(guò)仿真分析來(lái)優(yōu)化各附件位置，從而來(lái)滿足各附件的功能需求。

1概述

某柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的附件輪系包括發(fā)電機(jī)（ALT）、空調(diào)壓縮機(jī)（AC）動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵（PS）、水泵（WP）、漲緊器（TP）、惰輪（ID）、風(fēng)扇（FAN），如圖1所示。所有附件均由曲軸（CR）驅(qū)動(dòng)。

皮帶跨度如下表1：

各附件判斷標(biāo)準(zhǔn)如表2所示：

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為外企標(biāo)準(zhǔn)，暫不能給出依據(jù)。

2仿真計(jì)算分析

2.1計(jì)算輸入

2.1.1輪子位置與直徑

漲緊臂旋轉(zhuǎn)中心：X=-181.95mm，Y=67.33mm;

漲緊器皮帶輪中心：X=-107.15mm，Y=72.83mm;

漲緊器臂長(zhǎng)為75mm

2.1.2皮帶

皮帶長(zhǎng)度：2143±5mm;

皮帶剛度：140000N;

皮帶力：350N.m;

皮帶幾何：a=1.1mm，b=1.1mm（如圖2所示）

皮帶名義張力為：320N.m，工作范圍為10.74°。

2.1.3曲軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)曲線

曲軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)曲線是在臺(tái)架上實(shí)測(cè)得出的，如圖4所示。

2.1.4附件扭矩消耗曲線

附件扭矩消耗曲線如圖5所示。

2.2計(jì)算仿真分析

2.2.1包角與皮帶跨度計(jì)算分析

由表2.2包角計(jì)算結(jié)果所示：曲軸和發(fā)電機(jī)包角設(shè)計(jì)要求為160°，不能滿足設(shè)計(jì)需求。

由表2.3皮帶跨度計(jì)算結(jié)果所示，曲軸與發(fā)電機(jī)跨度過(guò)大，不能滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2.2皮帶張力與滑移率仿真分析

由圖2.5和圖2.6可得，皮帶張力和皮帶打滑率均在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)需求。

2.3結(jié)論

對(duì)于現(xiàn)在的布置，曲軸包角小于150°，CR-ALT的皮帶跨度大于340mm，這對(duì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是很大的風(fēng)險(xiǎn)。

3輪系優(yōu)化

根據(jù)以上的仿真結(jié)果，對(duì)輪系的位置進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整如圖7所示：

本輪系采用了單排球軸承張緊器，結(jié)構(gòu)如圖8所示。其中皮帶輪這端采用了特殊的迷宮用來(lái)保護(hù)軸承，張緊器這邊用額外的密封圈來(lái)防止張緊器受到外部污染。

此張緊器優(yōu)點(diǎn)如下：（1）阻尼單元和旋轉(zhuǎn)樞紐單元布置分開：可以減少?gòu)埦o輪偏轉(zhuǎn)和皮帶噪音，提高壽命;（2）緊湊的摩擦單元設(shè)計(jì)：可以減少布置空間，應(yīng)用和設(shè)計(jì)更加靈活。

3.1計(jì)算輸入

3.1.1輪子位置與直徑

漲緊臂旋轉(zhuǎn)中心：X=-181.95mm，Y=7.33mm;

漲緊器皮帶輪中心：X=-107.48mm，Y=76.26mm;

漲緊器臂長(zhǎng)為75mm

2.1.2皮帶

皮帶長(zhǎng)度：2180±5mm;

皮帶剛度：120000N;

皮帶力：320N.m;

皮帶幾何：a=1.1mm，b=1.1mm

3.2計(jì)算分析

3.2.1包角計(jì)算分析

由表3.2包角計(jì)算結(jié)果所示，各附件得包角均能滿足設(shè)計(jì)要求。

由表3.3皮帶跨度計(jì)算結(jié)果所示，各附件跨度均能滿足設(shè)計(jì)需求。

3.2.2皮帶張力與滑移率仿真分析

曲軸轉(zhuǎn)速波動(dòng)曲線與附件扭矩消耗曲線參照?qǐng)D9與圖10。

通過(guò)圖3.3和圖3.4可得，皮帶張力和皮帶滑移率均滿足設(shè)計(jì)要求。

輪系調(diào)整后，各附件的包角更加合理，驅(qū)動(dòng)各附件皮帶輪時(shí)滑移率變得更小，各零件受到的皮帶力也發(fā)生相應(yīng)變化。

3總結(jié)

在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的開發(fā)中，通過(guò)計(jì)算仿真來(lái)優(yōu)化各個(gè)附件的位置，來(lái)保證汽車正常運(yùn)行，有著至關(guān)重要的作用。通過(guò)本文可得出，以下幾個(gè)因素是評(píng)價(jià)發(fā)動(dòng)機(jī)輪系的重要指標(biāo)：

（1）包角：各附件包角需要滿足設(shè)計(jì)要求，參見表1.1;

（2）皮帶跨度：各附件之間的皮帶跨度不能

過(guò)長(zhǎng)，皮帶的抖動(dòng)（跨度x5%）不能大于皮帶與發(fā)動(dòng)機(jī)其余部件的間隙;

（3）皮帶張力：不能超過(guò)皮帶許用的張力;（4）滑移率：不能超過(guò)2%。

參考文獻(xiàn)：

[1]Van Nieuwstadt M J，Kolmanovsky I V，Moraal P E.EGR-?VGT control schemes：experimental comparison?for a high-speed diesel engine[J].IEEE ControlSystems Magazine，2000，（03）：63-79.doi：10.1 109/37.845039.

[2]Ock Taeck L，Sato Y，Nozaki S. Development ofDME engines for light-duty trucks using a large EGRsystem[A].New York，USA：IEEE Society ，2008.663-667.

[3]Cui Hongwei. Exhaust gas recirculation control in aspark-?ignition LPG engine using neuraln etworks [A].NewYork，USA：IEEESociety ，2006.6332-6335.

[4]王亮.發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系失效模式的排查與處理[J].輕型汽車技術(shù)，2012，（10）：66-68，50.

[5]羅亞偉，張建操，劉彤，董先瑜，孟憲昌.某發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2017，（15）.do1：10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.028.

[6]王亮.發(fā)動(dòng)機(jī)前端輪系失效模式的排查與處理[J].輕型汽車技術(shù)，2012，（10）：66-68，50.

[7]趙洪雷，顏培剛，韓萬(wàn)金，馮國(guó)泰.某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪多級(jí)氣動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2007，33（3）：7-10，14.doi：10.3969/j.issn.1672-3147.2007.03.002.

專家推薦

張建東：

文章介紹了應(yīng)用仿真手段對(duì)某款發(fā)動(dòng)機(jī)的輪系仿真校核的方法和過(guò)程。給設(shè)計(jì)提出了輪系設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)皮帶包角皮帶跨度皮帶張力滑移率等參數(shù)的控制原則，有一定的參考意義。