排氣門熱邊界傳熱模型及其熱負(fù)荷評(píng)估.pdf

1、隨著石油能源日漸匱乏，排放法規(guī)日益嚴(yán)格，低排放，低能耗，高功率，高扭矩的內(nèi)燃機(jī)已成為研究發(fā)展的方向。目前，內(nèi)燃機(jī)工作者已經(jīng)提出了許多方法提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出特性，其中較為典型的方法包括機(jī)械增壓、渦輪增壓、進(jìn)排氣 VVT、缸內(nèi)直噴等技術(shù)。但隨著內(nèi)燃機(jī)工作強(qiáng)度的提高，務(wù)必要突破的瓶頸為內(nèi)燃機(jī)各部件的高負(fù)荷機(jī)械性能穩(wěn)定性。其中，作為內(nèi)燃機(jī)燃燒室的重要組件排氣門，由于其工作狀態(tài)粗暴且處于高溫高壓環(huán)境、不易冷卻潤(rùn)滑、又承受著高溫廢氣的高速?zèng)_刷，故容

2、易造成排氣門失效。所以排氣門的機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好壞將直接決定內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)性能的提升與其工作穩(wěn)定性。
　　本文采用長(zhǎng)安集團(tuán)可變凸輪相位器的D20VVT內(nèi)燃機(jī)為基礎(chǔ)，研究了內(nèi)燃機(jī)四工況下排氣門底面、錐面、頸部、桿部的工作狀態(tài)以及其對(duì)應(yīng)的合理熱邊界條件，并基于此求出排氣門的達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)的熱負(fù)荷與溫度場(chǎng)分布。為了準(zhǔn)確計(jì)算排氣門的熱邊界，本文依據(jù)將排氣門開閥、落座兩工況下相對(duì)于氣門導(dǎo)管與氣門座圈的位置，將其細(xì)分為七個(gè)區(qū)域。并且求解內(nèi)

3、燃機(jī)四工況下排氣門各個(gè)區(qū)域的熱邊界條件。其中對(duì)于排氣門錐面、桿部?jī)蓚€(gè)主要散熱區(qū)域的熱邊界，創(chuàng)新性的應(yīng)用熱阻等效的方法將氣缸蓋水套處的第三類熱邊界條件等效到排氣門對(duì)應(yīng)區(qū)域，此方法保證了流體溫度、平均流速取值的準(zhǔn)確性與可測(cè)量性。對(duì)于氣門頸部，受高溫廢氣沖刷區(qū)域，建立排氣閥開啟時(shí)耦合場(chǎng)計(jì)算模型，并應(yīng)用流場(chǎng)計(jì)算軟件將排氣門開啟時(shí)頸部、錐面、底部區(qū)域的第三類邊界條件進(jìn)行有限元計(jì)算。
　　文中選取Cr-Mn-Ni-N奧氏體耐熱鋼21-4N作為

4、排氣門材料，此耐熱鋼具有較好的高溫機(jī)械性能且抗PBO腐蝕性良好，常被用于制造轎車排氣門。本文應(yīng)用軟件ANSYS WORKBENCH，對(duì)排氣門熱負(fù)荷進(jìn)行有限元模擬計(jì)算。以此得到的排氣門熱負(fù)荷隨時(shí)間的變化曲線，各節(jié)點(diǎn)溫度曲線收斂時(shí)的溫度場(chǎng)，并以仿真得到的溫度場(chǎng)與參考文獻(xiàn)中汽油機(jī)排氣門實(shí)際溫度場(chǎng)相對(duì)比，可以看出排氣門第一熱點(diǎn)區(qū)域與第二熱點(diǎn)區(qū)域與實(shí)際區(qū)域相一致，且最高溫度與溫度場(chǎng)梯度與實(shí)際相符，證明了方案的可行性
　　最后，本文以此溫度場(chǎng)