1.3L汽油发动机气缸盖概念评审-20160808全解

2019/10/5发动机研发中心1发动机气缸盖概念设计发动机部件室2019/10/5发动机研发中心2DA5发动机概念设计目录1.样机的基本情况2.DA5气缸盖概念设计2.1基本参数2.2缸盖螺栓的布置2.3水套通水孔布置2.3气道2.4气门布置2.5燃烧室容积2.6油路布置2.7喷油器孔布置2.8缸盖六个面的布置2.9下一步工作2019/10/5发动机研发中心31.样机的基本情况1.112#样机与14#样机的基本参数参考机型12#和14#气缸盖总高度（mm）112缸心距（mm）81缸径（mm）φ73凸轮轴承孔间距（mm）92进气门与垂直面夹角（°）17排气门与垂直面夹角（°）16火花塞偏心（排气侧）（mm）2.5同缸同名气门中心距（mm）32挺柱孔直径（mm）φ28气门导管内径（mm）Φ5.5凸轮轴承孔（2#～5#）（mm）φ23火花塞护套内径(mm)φ23火花塞孔毛坯外径(mm)φ34燃烧室容积（ml）28DA5发动机概念设计2019/10/5发动机研发中心4DA5发动机概念设计1.212#样机与14#样机的主要区别12#和14#样机气缸盖的基本结构布置是一致的，但是存在如下几个不同点：(1)水套容积机型14#12#排量（L）1.3721.242功率（kW）6766升功率（kW/L）48.853.1扭矩(N.m)112118升扭矩(N.m/L)81.695水套容积（mL）576648通过对样机气缸盖注水测量，12#样机的水套容积为648ml，14#样机的水套容积为576ml。对比两款发动机的性能参数，12#样机的强化程度比14#样机高，因此12#发动机的热负荷较大，加大水套容积，可以增强对气门的冷却能力。2019/10/5发动机研发中心5DA5发动机概念设计(2)气缸盖后端出水口形状和面积：12#样机比14#样机冷却液流通截面大80mm2（12#样机为1660，14#样机为1580）；12#样机的圆形截面有利于塑料节温器罩选用橡胶密封圈（14#样机为铝合金出水转接段，采用金属密封垫）。(3)后端凸轮轴承孔是否机加：12#样机的缸盖后端没有机加工艺孔，与14#样机有机加工艺孔相比，该处可以改善与气门室罩壳之间的密封。14#12#2019/10/5发动机研发中心6DA5发动机概念设计（4）排气侧法兰12#样机的1、3缸排气道相对燃烧室中心向后方偏移5毫米，排气管的第一安装螺纹孔也后移。而14#样机（前、后驱）的缸盖排气道中心都是与燃烧室中心对中的。通过对排气管安装状态的分析，我们认为12#样机的排气道后移可能是由于排气管结构的原因。由于排气歧管翻边法兰的结构要求，12#样机翻边距离螺纹安装孔中心10.5毫米以上，而14#样机的铸铁和厚钢板法兰该处只有5~6毫米。所以在第一安装螺纹处12#样机需要大的空间。同样，12#机焊接歧管的焊缝布置也使中间螺纹安装孔需要向后移。12#14#前驱14#后驱2019/10/5发动机研发中心7DA5发动机概念设计2.DA5气缸盖概念设计2.1基本参数机型样机DA5-1.1LDA5-1.3LDA5-1.5L气缸盖总高度（mm）112112112112缸心距（mm）81828282缸径73717474凸轮轴承孔间距（mm）92929292进气门与垂直面夹角（°）17171717排气门与垂直面夹角（°）16161616火花塞偏心（排气侧）（mm）2.52.52.52.5挺柱孔直径（mm）φ28φ28φ28φ28气门导管内径（mm）Φ5.5Φ5.5Φ5.5Φ5.5凸轮轴承孔（2#～5#）（mm）23232323火花塞护套内径(mm)φ23φ23φ23φ23火花塞孔毛坯外径(mm)φ34φ34φ34φ342019/10/5发动机研发中心8DA5发动机概念设计2.2缸盖螺栓的布置适应缸心距调整，缸盖螺栓轴向距离由81调整为82，进排气方向保持91不变。2.3水套通水孔布置由于缸心距由81调整到82，缸径由73调整到74，为保证气缸垫密封宽度及冷却水套容积，将气缸盖大平面水套孔的尺寸进行调整：样机水套与燃烧室DA5-1.1L水套与燃烧室DA5-1.3L、1.5L水套与燃烧室水套调整后，水套外壁与缸盖螺栓孔的距离由5.91变为5.75，可以保证密封宽度。2019/10/5发动机研发中心9DA5发动机概念设计2.3气道2.3.1气道大小DA5发动机缸心距和缸径分别比样机增大1mm，为提高充气效率，考虑将进、排气道及进、排气门直径分别增大1mm，同缸同名气门间距由32调整为33，使气门座之间及气门座与火花塞孔之间的距离与样机相同或接近。1.3L样机统计DA5-1.3L发动机的进排气道大小属于中等。机型M13AG13B8A-FEK34G134G1E-1.3L12#、14#DA5排量13281298134212991299-1242、1372进气道φ26φ25.5φ26φ22.5φ22.5φ22.5φ23.5φ24.5排气道φ22φ20.5φ20.5φ19φ20φ20φ19φ202019/10/5发动机研发中心10DA5发动机概念设计机型M15AG15B4G15L15A4G1E-1.5/1.6L12#、14#DA5排量14901493--1242、1372进气道φ26φ25.5φ24.5φ23.5φ24.5φ23.5φ24.5排气道φ22φ20.5φ22（φ21双凸轮轴）φ19.5φ22φ19φ201.5L样机统计DA5-1.3L发动机的进气道大小属于中等；排气道中等偏小。2019/10/5发动机研发中心11DA5发动机概念设计样机：8.5/73=0.116bDA5:8.5/74=0.115b样机：19/73=0.26bDA5:20/74=0.27b样机：23.5/73=0.322bDA5:24.5/74=0.331b样机：13/73=0.178bDA5:13/74=0.176b样机：9.73/73=0.133bDA5:8.78/74=0.119b样机：3.3/73=0.045bDA5:2.93/74=0.0.04b样机：2.8/73=0.038bDA5:2.5/74=0.0.034b3/74=0.04在YuShuWang的《IntroductiontoEngineValvetrains》中介绍的气道尺寸相对关系（b——气缸直径）2019/10/5发动机研发中心12DA5发动机概念设计Whereafour-valveheadisused,acentralornear-centralfuelinjectororsparkplugalsomustbeaccommodated,andthemaximumpossibleintakethroatdiametersareapproximately0.33b;fortheexhaust,upto0.29bcanbeused.按照这个标准，DA5排气道没有达到最大，其它尺寸和布置符合要求。结论：DA5-1.3\1.5发动机的进、排气道在样机基础上分别增加1mm，同名间距33。2019/10/5发动机研发中心13DA5发动机概念设计2.3.2气道造型工业CT扫描BMP图片STL点云参数化气道实体PHOTOSHOPVGStudio-max组合、拟合imageware点云对正去除噪点去除噪点气道外形UG逼近拟合DA5发动机的气道按照逼近拟合的中心线沿外轮廓向外增大1mm。2019/10/5发动机研发中心14DA5发动机概念设计2.3气门布置气门尺寸调整（直径分别增大1mm），气门布置调整（同缸同名气门间距由32调整为33）后，需要对相关间隙进行评价。（1）参照DA3，当气门头部中心位于与大平面交点时，评价气门头部与气缸壁距离，最小1mm。DA3-1.3样机DA5-1.1DA5-1.3/1.5气缸直径Φ76Φ73Φ71Φ74进气门头部直径Φ30.3Φ27.5Φ24.6Φ28.5排气门头部直径Φ25.6Φ23Φ21.5Φ24缸盖螺栓距90×9281×9182×9182×91螺栓垫片孔直径Φ20.5Φ18Φ18Φ18挺柱直径Φ30Φ28Φ28Φ28测量条件见下表：借用468气门2019/10/5发动机研发中心15DA5发动机概念设计DA3-1.3样机DA5-1.1DA5-1.3/1.5进气门与缸筒壁距离（mm）1.1563.6653.6713.247排气门与缸筒壁距离(mm)0.9913.3602.7212.994进气侧挺柱孔最小壁厚(mm)2.047min2.245min2.211min2.211min排气侧挺柱孔最小壁厚(mm)2.307min1.818min1.784min1.784min结论：DA5发动机气门布置符合此项要求。测量结果见下表：2019/10/5发动机研发中心16DA5发动机概念设计（2）参照DA3，评价气门座孔之间及气门座孔与气缸壁燃烧室壁、火花塞孔之间的距离。测量条件：DA3-1.3样机DA5-1.1DA5-1.3/1.5气缸直径Φ76Φ73Φ71Φ74进气门座外径Φ31.7Φ28Φ27Φ29排气门座外径Φ26.6Φ24Φ23.5Φ25同名气门间距进35.2，排35323333火花塞孔直径Φ14Φ12468气门座2019/10/5发动机研发中心17DA5发动机概念设计DA3样机DA5-1.1DA5-1.3/1.5进气门座孔之间距离（mm）3.5464进气门座孔与排气门座孔距离(mm)6.765.225.914.28进气门座孔与火花塞孔之间距离(mm)2.742.623.462.48排气门座孔与火花塞孔之间距离(mm)3.973.824.443.69进气门座孔与气缸壁之间距离(mm)12.081.171.69排气门座孔与气缸壁之间距离(mm)11.400.291.058重新设计气门座后0.8进气门座孔与燃烧室壁之间距离(mm)2.081.171.69排气门座孔与燃烧室壁之间距离(mm)1.270.290.85重新设计气门座后0.8测量结果：2019/10/5发动机研发中心18DA5发动机概念设计DA5排气门座与气缸壁距离小。DA5-1.1测量用的是468气门座，468排气门座壁厚是3，而样机和DA5的排气门座壁厚只有2.5。所以考虑重新设计DA5-1.1气门座来改善气门座外径与燃烧室壁之间的距离。在保证468喉口直径不变的情况下，按壁厚2.5考虑，排气门座外径可以调整为Φ22.5，此时排气门座与气缸壁及燃烧室壁的距离为0.8，仍偏小。气门尺寸比气门布置对此数值影响大。样机及468气门座尺寸对比进气门座内径Φ进气门座外径Φ排气门座内径Φ排气门座外径Φ进气门座壁厚排气门座壁厚样机23.52819242.252.546820.52717.523.53.2532019/10/5发动机研发中心19DA5发动机概念设计根据内燃机设计教材中的公式dve=(0.37~0.42)D=(0.82~0.88)dvi对于样机：20.5/25=0.82；DA5-1.3\1.5：21.5/26=0.827DA5-1.1：18.5/21.5=0.86从这个结果看，DA5-1.3\1.5发动机的进、排气门都有增大1mm符合要求；DA5-1.1发动机采用468气门也符合此项要求。14#样机K3L15AM15DA5-1.3/1.5进气门头部直径Φ27.5dv252627.53028.5Dv26排气门头部直径Φ23Dv20.522.52324.523.5/24Dv21/21.52019/10/5发动机研发中心20DA5发动机概念设计影响及措施（1）气门座孔到气缸壁距离小的影响：这个距离不能太小，否则接近气缸壁面部分的气门通过面积实际流通效率显著下降，阻力增加，加大喉口所得的效果也受到影响。根据统计，这个距离一般取0.02D。《内燃机设计》按照AVL经验为1mm，DA5-1.3\1.5满足AVL经验的要求。对于DA5-1.1发动机，这个距离在排气侧(0.8)偏小。如果DA5-1.1发动机的气门间距与样机一致，即保持32不变，则这个距离可以达到1.14。这样，DA5-1.1发动机的气门布置有两个方