第3期（总第224期） 2016年6月
车用发动机 VEHICLE ENGINE
No .3(Serial No.224)
Jun.2016
瞬态温度循环下的气缸垫密封分析与设计
涛琼瑶，再帆
（泛亚汽车技术中心有限公司，上海201201）
摘要：针对气缸垫易于失效的受载和瞬态温度循环工况提出了瞬态温度循环下的气缸垫密讨设计与分析方法，采用材料和接触非线性有限元方法建立缸体、缸盖、气缸垫和螺检一体化分析模型，进行瞬态温度和结构密封分析，采用密封压力和筋跳跃量对气缸垫密对进行评价。通过分析，识别出密对压力和凸筋跳跃量存在风险的区域，对设计进行改进，合理设置停止片高度，做到密封压力和凸筋跳跃量之间的平衡。
关键词：瞬态温度，非线性；有限元分析；气缸垫；密封 DOI: 10 .3969 /j.issn .1001-2222 .2016 .03 .005
中图分类号：TK413.1
文献标志码：B
文章编号：1001-2222(2016)03-0025-05
气缸垫在发动机中属于紧固密封类零件，体积
虽小，功能却十分重要。气缸垫连接发动机两大核心零件：缸体和缸盖，对其中的燃烧室、冷却水套和油道起着密封作用。如果气缸垫发生失效，会造成油水混合、燃气泄漏等严重密封问题，在发动机产品开发中必须避免
传统发动机开发中，气缸垫的密封性能一般通过试验来考核，存在两种不同的认证试验：第一种是发动机在全速全负荷下稳定运转；第二种是发动机冷起动、极速升温和冷却循环，考验气缸垫在整车急加速急减速工况，考虑高低温交变情况下的密封性能。近来随着计算机技术的发展，有限元分析可以在气缸垫开发早期预测风险，对设计提供指导。兰银在等汀，张洪超等将三维接触非线性有限元方法应用于气缸垫的密封性能分析中，得到了与实测较为一致的结果。SureshKumarKandreegula等[3] 通过常温、高温装配，高温点火等工况的分析，发现气缸垫密封压力受到螺栓预紧力、气缸垫设计的影响，而当考虑到温度载荷时，垫片的压力分布会有很大的改变。文献[4-8探讨了气缸垫凸筋、冷却液温度对密封的影响，但仅考虑标定功率点的稳态温度分布，相当于第一种认证试验，而第二种试验对密封性能的考核更严格，发动机瞬态温度循环对密封的影响不可忽视。本研究将着重研究瞬态温度循环工况下气缸垫的密封性能。
收稿日期：2016-02-17；修回日期：2016-03-10
1金属气缸垫的设计特点和模拟分析
金属气缸垫主要由凸筋起密封作用，一般用全筋来密封高温燃气，用半筋密封水道和油道。图1a 示出了气缸垫的凸筋布置.图1b示出了两缸之间气缸垫的凸筋截面。在复杂的运行工况中，由于螺栓力和温度冷热交替变化，缸体和缸盖的变形也会改变，从而号起凸筋不同的压缩和回弹变形，这一变形是非线性的。如果凸筋压缩量较大，结构再次发生回弹时，凸筋不易跟随，可能会带来密封失效，因此在燃烧室周围的全筋旁一般会布置停止片（stop per），防止全筋被过度压缩。
a凸筋布置形式全筋
停止片
22722272222222222227722
b横截面
图1气缸垫凸筋布置形式和横截面
作者简介：潘琼瑶（1981—），女，硕士，工程师，主要从事发动机结构仿真分析；Qiongyao_pa@patac.com.cn，