在整个发动机工作过程中,曲轴箱里的压力是波动的,并且波动范围比较大,当发动机工作负荷比较低,转速比较高时,曲轴箱里的窜气真空度比较高,这样新鲜空气会被强行抽进曲轴箱,不利于新鲜空气的利用。当发动机工作负荷比较大,转速比较低时,曲轴箱里的窜气真空度比较小,有时为正压,这样会对曲轴的径向密封带来很大挑战,为了稳定曲轴箱压力,凸轮轴罩盖集成有曲轴箱压力调节阀,随着发动机运行在不同工况,压力调节阀可以调节曲轴箱压力在-4.0 kPa之间,这对发动机的平稳运行非常有利。
下面介绍压力调节阀,如图5所示。调压阀盖板上有一个通大气的孔,发动机工作时,随着发动机负荷和转速的变化,曲轴箱里的压力会变化,通常曲轴箱里的压力相对大气压是负压,大气会作用于膜片,推动弹簧往下运动,当曲轴箱压力真空度比较大时,弹簧会被极具压缩膜片,把罩盖本体上的出气口给封住,此时弹簧已经被压缩到极限状态,曲轴箱里的压力不能再低了,发动机工作很短时间,窜气会在曲轴箱里聚集,这样曲轴箱里的压力又会上升,弹簧将上升,如此往复弹簧将会随着不同的发动机工况上下移动,快速响应。在设计开发阶段,膜片和弹簧要经过非常苛刻的疲劳试验,要完成3 500万次的循环,膜片不能损坏,弹簧不能失效。
除了完成上面主要的功能设计以外,还要保证凸轮轴罩盖与发动机缸盖的密封性,缸盖密封圈的设计。螺栓位置以及数量的计算尤其重要,在前期设计阶段,引入强大的仿真计算软件,充分考虑到密封圈材料FKM的老化特性,经过几轮的优化设计,选择合适的密封圈的高度和宽度,凸轮轴罩盖法兰面上密封槽的宽度和深度,达到最佳的密封效果。然后在经过凸轮轴罩盖零部件级别的产品和工艺生产试验验证,以及主机厂发动机整车级别的耐久测试,最终才能保证产品生产和交付。
除了与缸盖的密封以外,还有凸轮轴罩盖与喷油器的密封,此处的密封比较特殊,受制于喷油器的空间布置,此密封圈在轴向不受力,只能采取径向密封的方式,密封圈既要保证与喷油器的密封,又要保证与罩盖的链接牢靠,我们设计的密封圈骨架是不锈钢圈,采用双色注塑外面包FKM的橡胶材料,这样能达到很好的密封性和强度,最终径向密封圈在工厂生产线上通过压装设备压入凸轮轴罩盖,实现与罩盖本体的牢固连接。
在完成以上凸轮轴罩盖主要功能的设计以外,还要考虑罩盖的NVH性能以及轻量化设计,为了提高NVH性能,尤其要提高平面模态,降低罩盖的辐射噪声,所以在前期设计时,除了主要的安装固定面外,几乎所有的面都要曲面化。经过前期的优化设计,软/硬模阶段的产品试验验证,以及整车级别的试验验证,凸轮轴罩盖很好的满足了NVH的要求。
3 结束语
此凸轮轴罩盖的开发很好的满足了客户的技术和交样要求,同时填补了国内柴油双涡轮增加发动机罩盖开发的空白,达到了国际先进水平。在油气分离效率,燃油消耗量已经领先国际上知名的主机厂,很好的满足了国六排放的要求。
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