利用气缸盖与进气歧管集成实现动力装置小型化和轻量化的模拟研究

作者：S.K.KANDREEGULA; J.TIKOLIYA; H.NISHAD; 田永海; 孙丹红

来源：汽车与新动力, 2019, 2(04): 36-40.

DOI：10.16776/j.cnki.1000-3797.2019.04.006

• 小型化
• 轻量化
• 气缸盖
• 进气歧管
• 集成
• 模拟

商用车发动机要实现下一代严格排放与燃油经济性的目标,需要对内燃机的各个方面进行严格优化。从本质上来说,内燃机的效率是非常低的,效率范围仅为18%～40%。该效率范围是摩擦损失、泵气损失和废热共同作用的结果。目前,全球的汽车制造商都在通过各种途径努力解决这些问题,以期提高效率。其主要发展趋势是在更小的空间获得更高的功率,即发动机小型化,以及由此带来的发动机轻量化。设备制造商(OEM)正在挑战极限,使每升燃油行驶更多里程。从排放角度考虑,针对平均质量为1 500kg的车辆,预计质量每减少50kg,百公里CO2排放会减少4～5g。OEM重点关注的动力装置减重领域主要包括发动机、传动系统、排气系统、燃油系统、壳体、电池和电机。VE商用车有限公司(VECV)动力装置小组已经针对轻型商用车进行了研究,通过集成铝质气缸盖和进气歧管,可使动力装置质量减少约25kg,百公里CO2排放减少约2g。在最恶劣的发动机负荷条件下,新型集成铝气缸盖-进气歧管结构要获得与现有经过验证的铸铁气缸盖和进气歧管相同的刚度。采用有限元结构模拟以与项目时间计划保持一致(气缸盖-进气歧管集成化结构的设计与开发时间),考虑了所有结构负荷,例如干扰、螺栓预负荷、温度、峰值压力等,比较了新型集成化结构与经过验证的气缸盖和进气歧管的刚度结果。通过采用铝气缸盖-进气歧管集成化设计,预估成本最高可节约30%,质量减少40%,疲劳性能改善达25%～30%。在该研究中,分别采用Hypermesh和ANSYS作为预处理器和有限元解算器。有限元模拟工具有助于在设计过程中选择最为合适的参数,并且确保在开发阶段实现首次准确设计。