第35卷(2013)第2期结构与可靠性
柴油机 Diesel Engine
某四缸柴油机排气歧管开裂故障分析
李湘华
（广西玉柴机器股份有限公司，广西玉林537005）
Vol. 35(2013) No. 2
摘要：针对某四缸机排气歧管在可靠性试验中出现开裂故障，从铸造缺陷、化学成分、硬度及金相组织等方面进行分析，并提出了改进方案。用ABAQUS软件对原方案及改进方案进行了温度场和热应
力计算分析，分析结果表明：排气歧管开裂故障系热应力过大造成。改进方案已得到试验验证。关键词：荣油机；排气歧管；改进设计；CFD
中图分类号：TK423.4*5
文献标识码：A
文章编号：1001-4357(2013)02-0031-03
Trouble Shooting onExhaust Manifold Cracking of a 4-cylinder Diesel Engine
Li Xianghua
(Yuchai Machinery Co., Lid. , Guangxi Yulin 537005)
Abstract: The exhaust manifold of a 4-cylinder engine cracked during reliability test. To deal with this failure, analysis on casting faults, chemical composition, hardness and metallographic structure were car-ried out, and improvement program was given. Simulation of exhaust manifold temperature field and ther-mo stress using ABAQUS software was carried out. The results showed that the cracking of the exhaust manifold was due to a high level of thermo stress. Through comparing calculation results of several differ-ent designs, an optimum design was chosen and later verified by test.
Keywords: diesel engine; exhaust manifold; improvement design; Computational Fluid Dynamics (CFD)
0引言
某四缸发动机500h可靠性试验结束后发现：排气歧管靠近增压器部位有裂纹，如图1中箭头所示。为了查找排气管故障产生的原因进行了以下工作：首先进行排气管断口形貌（图2)分析，从图中可以看出裂纹起源于管壁过渡圆角处，断面未发现明显的铸造缺陷；然后进行化学成分硬度及金相组织分析，结果都符合设计要求的RuTSi4Mo材料。从该排气管开裂故障部位及模式来看，不可能是由于排气管与发动机共振引起的。仔细观察开裂部位临近的四个过钉孔壁，发现每个孔壁挤压痕迹都很明显，如图3所示。由此初步判断该排气歧管热变
形量大，且受到了螺栓的强力约束，导致热应力过大。
为了降低排气歧管故障部位的热应力，提出了两种改进方案：一是在裂纹部位两缸之间增加加强筋（SF1），二是将裂纹部位的圆角加大（SF2）。为了对方案进行验证，本文对包括原管（base）在内的三个方案进行热应力计算对比。注意排气管最右边的口为EGR取气口，位于发动机后端。
有限元模型和边界条件 1.1有限元模型
三种方案的排气管三维模型见图4。
收稿日期：2012-08-14
作者简介：李湘华（1978-），男，工程师，主要研究方向为内燃机相关零部件CAE分析，E-mail：xhleraj@163.com。