低排放中重型柴油机结构设计技术

低排放中重型柴油机结构设计技术

 高效低排放中重型柴油机结构设计技术要求

高效低排放中重型柴油机结构设计要求是使发动机满足高效低排放、高PFP（气缸内的最高燃烧爆发压力）、高TL（热负荷）。

一般来说，欧Ⅲ阶段需要中重型柴油机所应承受的PFP值为150~160bar，欧Ⅳ则要达到180~210bar。在欧Ⅳ期间，采用EGR+DPF的排放控制技术措施和采用SCR的排放控制技术措施在达到基本相同的性能排放（P&E）所要求柴油机承受的PFP值不同（见表1）。

2 高效低排放中重型柴油机结构设计

实现柴油机高效低排放化、高PFP化和高TL化有许多新的、重要的结构设计概念，特别是5C（缸盖、缸体、曲轴、连杆和凸轮轴）、5S（喷油系统、配气系统、润滑系统、冷却系统和前后轮系）的结构设计对于“三化”的实现有关键性的影响，表2为受高效低排放和高PFP影响的主要零部件及其设计概念。

2.1 中重型柴油机缸盖的设计概念

高PFP化的中重型柴油机缸盖设计首先要选择对缸盖刚度影响较大的缸盖高度尺寸；缸盖结构刚度可以通过结构设计与材料优化达到高效低排放、高PFP及高TL的要求，在缸盖内部采用新型结构（筋与壁的组合设计），将缸盖底板所承受的高压力及高热负荷传递到缸盖顶面来分担机械负荷及热负荷，提高缸盖刚度，降低变形。采用喷射制芯技术保障的缸盖分层水套设计方案，在缸盖上铸造喷油器套的设计方案，可以有效提高缸盖的刚度。在底板与顶板之间还可以采用“拱形”设计结构，提高缸盖抗变形能力。

采用4气门结构以后，喷油器可以垂直中心布置，油嘴设计也相对简单，燃油喷雾与空气可以更均匀混合，非常有利于降低微粒排放，因此，4气门将是欧Ⅳ柴油机气缸盖设计的必要技术要素。“奥威”发动机采用4气门的缸盖结构。

在“奥威”发动机设计开发过程中，总结出了有效避免缸盖开裂的“切片分析”方法。缸盖水流流场与水套结构的“切片分析”是缸盖设计分析中最为重要的环节之一。通过对缸盖水套计算流体动力学（CFD）分析，掌握缸盖水流流速的均匀性、关键点流速等设计要素，为设计提供合理的水套结构，有利于满足“三化”设计的要求，可为避免鼻梁区开裂等失效故障提供指导。

2.2 中重型柴油机缸体设计

缸体的设计首先要选择合适的机体结构形式，对于缸体结构的选择，往往采用龙门式缸体，为了提高结构强度与刚度，避免音叉效应，通常采用整体式主轴承盖、梯形框架或主轴承盖与梯形框架一体化的设计结构。从“三化”没计的要求来说，只有顶端支撑湿缸套最有利于减小缸筒变形，“奥威”发动机在设计之初就确定了顶端支撑的缸套方案，并在整机的运行中获得?厂较低的机油消耗和较小的缸筒变形。缸体强度、刚度与其温度场的分布密切相关，采用新型双层缸体水套的设计能最大程度保障水流的均匀性，提高冷却效率。

3 结束语

高效低排放化、高PFP化和高TL化是未来高效低排放中重型柴油机结构设计的3个最重要的挑战和课题；明确了三化对中重型柴油机的具体要求和结构设计的主要概念，并应用于“奥威”发动机的设计开：发过程中。http://www.cnengine.com中国发动机网

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