某增压发动机排气门温度场分析及改善.pdfVIP

某增压发动机排气门温度场分析及改善 张 继 明, 黄 凤 琴, 张 志 明,王伟民 （东风汽车公司技术中心湖北 武汉 430058 ） 摘要:本文针对某增压发动机可靠性试验中出现的排气门烧蚀问题，通过气门测温 试验和有限元仿真获得了排气门温度分布。试验和仿真均表明排气门最高温度超过 了材料的耐热极限,是导致气门烧蚀的主要原因。通过有效性验证的仿真模型还分 析了排气温度、阀座和导管材料以及导管的长度和位置等对排气门温度分布的影响。 结果表明，通过标定控制燃烧、采用铜导管和铜阀座、采用长导管和将导管向燃烧 室方向下移能将排气门最高温度818°C 降低到737°C ，有效改善排气门工作环境， 避免烧蚀现象。 关键词: 排气门烧蚀；排气门温度；有限元；仿真；试验 中图分类号：U464.1 文献标志码：B 文章编号： Study and Improve of a Gasoline Engine Exhaust Valve Temperature Distribution Zhang Jiming, Huang Fengqin, Zhang Zhiming, Wang Weimin （DongFeng Motor Corporation Technologic Center, Hubei Wuhan, 430058 ） Abstract ：A geometrically accurate, three dimensional finite element model of a turbocharged engine exhaust valve was developed to analyze the exhaust valve erosion occurred in the reliability test. The experimental and simulation results show that the maximum temperature of the valve exceeds the thermal limit of the material, which was the main reason of the valves erosion. According to the calibration simulation model, with controlling combustion, changing the guide and valve to copper material, and changing the valve’s position and length, the valve temperature drop sharply from 818°C to 737°C, greatly improved the exhaust valve operation environment, avoid the erosion phenomenon. Key words ：Exhaust Valve erosion; Exhaust Valve Temperature; FEM; Simulation； Experiment 引言 发动机气门是发动机最重要的部件之一。气门在工作中除了受到高温气体的冲蚀，具有 很高的温度梯度，还在落座时承受机械载荷，工作环境恶劣。气门的寿命，尤其是排气门， 主要取决于气门工作时的温度。在发动机开发过程中用有限元方法对气门可靠性预测是一项 很重要的工作,在此项工作中,保证较高精度的气门温度预测是预测可靠性的前提。 R. Senthilkumar 等[1] 的实验表明：气门的腐蚀与温度的上升呈指数关系，气门温度为 735 °C 时，质量损失为 0.10gr/dm2/hr 。当气门温度升高 15°C 后，腐蚀导致的质量损失超 过两倍达到0.22gr/dm2/hr 。这表明，小幅度的改善气门的温度能有效减少气门的腐蚀。另外， 阀座和锥面的腐蚀会使得气门难以关严，使高温燃气窜到气门颈部和盘部背面，在此形成热 斑，从而导致气门的断裂。L. C. Yang 等[2]研究了点火提前角、空燃比和转速对气门分布的 影响。Tomasz