汽油发动机缸盖护罩模态振动分析

刘 彤

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

汽油发动机缸盖护罩模态振动分析

刘 彤

（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽 合肥 230601）

随着国家排放法规的日益严苛，汽油机在燃烧时从活塞与汽缸壁间窜出的混合气体进入不能直接排放到大气中，要在内燃机内形成闭式的曲轴箱通风系统。由于目前汽油机有轻量化的要求，因此曲轴箱通风系统中的油气分离装置要集成在塑料的缸盖护罩内，缸盖护罩是盖在缸盖上，通常有大面积薄壁设计，容易产生振动噪声，从而影响整车的舒适性。文章通过对缸盖护罩的模态振动分析，来评判设计的优劣。

汽油机；缸盖护罩；噪声

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

前言

在汽油发动机的运行中，由于活塞与缸孔间的间隙，会有少部分可燃混合气和燃烧废气经活塞与汽缸壁的间隙钻进油底壳中，一旦进入油底壳的油气累积多了，无法排除，就会形成正压，不但会稀释机油造成发动机润滑不良，也会造成机油异常消耗等严重后果，由于国家对排放的严格要求，不允许将混合气体直接排放到大气中，因此目前都采用的是闭式呼吸系统。

呼吸系统主要包括：油气分离装置、PCV、连接软管、单向阀。主要功能是将曲轴箱内的油气混合气体，通过油气分离装置将混合气体中的机油分离出来，分离后的干净空气进入到缸内烧掉，分离出的机油回到油底壳，解决了污染排放的问题。另外还有一路补充新鲜空气。PCV用于平衡曲轴箱内压力，保证密封件使用的可靠性。

目前发动机小型化的要求越来越高，呼吸系统中的关键部件油气分离装置集成在缸盖护罩内成为主流，缸盖护罩的作用是密封曲轴箱，同时集成的油气分离装置承担曲轴箱的呼吸，其为发动机不可缺少的组成部分。在发动机众多的性能指标中，噪声是一个很重要的指标，直接体现了一款发动机的整体性能。而缸盖护罩是大面积薄壁结构件，容易产生噪音，是发动机的主要噪声源之一，因此有必要对缸盖护罩进行分析，确认是否有可能产生异常噪声的结构，从而确认是否需要对其结构进行优化。

汽油机主要参数如下表1。

表1 发动机主要参数

本报告对某汽油机缸盖护罩进行了模态分析，对比发动机最大可持续超速转速下的2阶点火频率，验证缸盖护罩是否避开发动机2阶点火频率。

1 计算描述

模态分析过程包括如下几步：网格划分、定义属性、定义载荷步、分析计算及后处理。

2 计算输入参数

1）缸盖护罩STP格式三维模型。

2）缸盖护罩的材料参数，见表2。

表2 材料特性参数

3 网格划分

网格划分工作是在HyperMesh中完成的，由于原三维模型中存在一些缺陷，先要对三维模型进行修复，再在进行几何清理和面网格划分，设置材料参数，生成四面体网格，然后转换二阶单元C3D10M。生成的网格模型见图1。最后生成能在abaqus中使用的inp格式文件，导入abaqus进行分析计算，并对计算进行后处理。

图1 缸盖护罩网格模型

4 边界条件设置

对图2所示位置处的节点约束三个方向的平动自由度。

图2 缸盖护罩模态分析边界条件设置

5 结果分析

由下文中的模态应变能密度云图可以观察应变能密度的分布及最大值出现位置。由模态位移云纹图可以观察某阶的振型。

（1） 第一阶模态计算结果

图3 第一阶模态应变能密度云图与位移云图

（2） 第二阶模态计算结果

图4 第二阶模态应变能密度云图与位移云图

（3） 第三阶模态计算结果

图5 第三阶模态应变能密度云图与位移云图

（4） 第四阶模态计算结果

图 6 第四阶模态应变能密度云图与位移云图

6 结论

通过计算得出，缸盖护罩约束模态的固有频率值见表2。

表3 缸盖护罩约束模态前8阶固有频率表

在四缸汽油发动机中，模态的频率标准：在最大可持续超速转速下 fmin＞(1.3±0.1)*f2。二阶频率的范围是234Hz 到273Hz。

由表2中数据可见：一阶固有频率为878.77Hz远大于273Hz，避免了和最大可持续超速转速下二阶发火频率共振，产生异常的噪声，因此此缸盖护罩的结构设计满足设计要求。

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

刘彤，就职于安徽江淮汽车集团有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.050