汽油發動機缸蓋護罩模態振動分析

劉 彤

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽油發動機缸蓋護罩模態振動分析

劉 彤

（安徽江淮汽車集團股份有限公司，安徽 合肥 230601）

隨著國家排放法規的日益嚴苛，汽油機在燃燒時從活塞與汽缸壁間竄出的混合氣體進入不能直接排放到大氣中，要在內燃機內形成閉式的曲軸箱通風系統。由于目前汽油機有輕量化的要求，因此曲軸箱通風系統中的油氣分離裝置要集成在塑料的缸蓋護罩內，缸蓋護罩是蓋在缸蓋上，通常有大面積薄壁設計，容易產生振動噪聲，從而影響整車的舒適性。文章通過對缸蓋護罩的模態振動分析，來評判設計的優劣。

汽油機；缸蓋護罩；噪聲

CLC NO.:U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-136-02

前言

在汽油發動機的運行中，由于活塞與缸孔間的間隙，會有少部分可燃混合氣和燃燒廢氣經活塞與汽缸壁的間隙鉆進油底殼中，一旦進入油底殼的油氣累積多了，無法排除，就會形成正壓，不但會稀釋機油造成發動機潤滑不良，也會造成機油異常消耗等嚴重后果，由于國家對排放的嚴格要求，不允許將混合氣體直接排放到大氣中，因此目前都采用的是閉式呼吸系統。

呼吸系統主要包括：油氣分離裝置、PCV、連接軟管、單向閥。主要功能是將曲軸箱內的油氣混合氣體，通過油氣分離裝置將混合氣體中的機油分離出來，分離后的干凈空氣進入到缸內燒掉，分離出的機油回到油底殼，解決了污染排放的問題。另外還有一路補充新鮮空氣。PCV用于平衡曲軸箱內壓力，保證密封件使用的可靠性。

目前發動機小型化的要求越來越高，呼吸系統中的關鍵部件油氣分離裝置集成在缸蓋護罩內成為主流，缸蓋護罩的作用是密封曲軸箱，同時集成的油氣分離裝置承擔曲軸箱的呼吸，其為發動機不可缺少的組成部分。在發動機眾多的性能指標中，噪聲是一個很重要的指標，直接體現了一款發動機的整體性能。而缸蓋護罩是大面積薄壁結構件，容易產生噪音，是發動機的主要噪聲源之一，因此有必要對缸蓋護罩進行分析，確認是否有可能產生異常噪聲的結構，從而確認是否需要對其結構進行優化。

汽油機主要參數如下表1。

表1 發動機主要參數

本報告對某汽油機缸蓋護罩進行了模態分析，對比發動機最大可持續超速轉速下的2階點火頻率，驗證缸蓋護罩是否避開發動機2階點火頻率。

1 計算描述

模態分析過程包括如下幾步：網格劃分、定義屬性、定義載荷步、分析計算及后處理。

2 計算輸入參數

1）缸蓋護罩STP格式三維模型。

2）缸蓋護罩的材料參數，見表2。

表2 材料特性參數

3 網格劃分

網格劃分工作是在HyperMesh中完成的，由于原三維模型中存在一些缺陷，先要對三維模型進行修復，再在進行幾何清理和面網格劃分，設置材料參數，生成四面體網格，然后轉換二階單元C3D10M。生成的網格模型見圖1。最后生成能在abaqus中使用的inp格式文件，導入abaqus進行分析計算，并對計算進行后處理。

圖1 缸蓋護罩網格模型

4 邊界條件設置

對圖2所示位置處的節點約束三個方向的平動自由度。

圖2 缸蓋護罩模態分析邊界條件設置

5 結果分析

由下文中的模態應變能密度云圖可以觀察應變能密度的分布及最大值出現位置。由模態位移云紋圖可以觀察某階的振型。

（1） 第一階模態計算結果

圖3 第一階模態應變能密度云圖與位移云圖

（2） 第二階模態計算結果

圖4 第二階模態應變能密度云圖與位移云圖

（3） 第三階模態計算結果

圖5 第三階模態應變能密度云圖與位移云圖

（4） 第四階模態計算結果

圖 6 第四階模態應變能密度云圖與位移云圖

6 結論

通過計算得出，缸蓋護罩約束模態的固有頻率值見表2。

表3 缸蓋護罩約束模態前8階固有頻率表

在四缸汽油發動機中，模態的頻率標準：在最大可持續超速轉速下 fmin＞(1.3±0.1)*f2。二階頻率的范圍是234Hz 到273Hz。

由表2中數據可見：一階固有頻率為878.77Hz遠大于273Hz，避免了和最大可持續超速轉速下二階發火頻率共振，產生異常的噪聲，因此此缸蓋護罩的結構設計滿足設計要求。

The Cylinderhead cover of the Gasoline Engine Modal vibration Analysis

Liu Tong
( Anhui jianghuai automobile group co., LTD, Anhui Jianghuai 230601 )

With the increasing rigor of national emissions regulations, a mixture of gas and gas from the piston and cylinder walls is not directly discharged into the atmosphere. It has to be a closed crankcase ventilation system is formed within the internal combustion engine. Now that the gasoline engine has a light weight requirement, so the oil and gas separation device in the crankcase ventilation system is integrated into the cylinder cover of the plastic. It covers the cylinderhead. It usually has a large thin wall deign. It is prone to vibration noise. It will no use for the comfortable of the automobile. In this paper, the modal vibration analysis of cylinder head cover is analyzed,to judge the pros and cons of the design.

Gasoline Engine; Cylinderhead cover; Noise

U467

A

1671-7988 (2017)15-136-02

劉彤，就職于安徽江淮汽車集團有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.050