某型天然气发动机气门-气门座圈磨损分析及改进.pdf

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1、第5期2017年10月内燃机InternalCombustionEnginesNo．50ct．2017某型天然气发动机气门一气门座圈一磨损分析及改进陈贻云，钱立宏，戴湘利(玉柴联合动力股份有限公司，安徽芜湖241080)摘要：针对某型天然气发动机气门和气门座圈磨损，且气门座圈存在偏磨的问题进行排查和分析，发现其主要影响因素为各缸排温(座圈温度)、气门所受侧向推力以及缸盖自身结构问题。通过改善缸盖本体冷却，降低气门所受侧向推力，提高气门、座圈和导管材质的耐磨性和材料间的匹配，降低气门座圈面压等措施，使该问题得到了有效解决。关键词：气门；气门座圈；磨损；优化设计；试

2、验验证中图分类号：TK413文献标识码：B文章编号：1000—6494(2017)05—0024—04AnalysisandImprovementoftheValve-ValveSeatfortheNGEngineCHENYiyun，QIANLihong，DAIXiangli(Y&CEngineCo．，Ltd，Wuhu241080)Abstract：Tosolvethevalve—valveseatweal"andtheeccentricwearofthevalveseatfortheNGengine，somecauseshavebeenfound，suchas

3、theexhausttemperatureorthevalveseattemperature，thelateralthrusttothevalveandthecylinderheaddesign．Finally，asolutionhasbeenproposed，whichincludesreducingthelateralthrustforthevalve，improvingeoolingefficiencyforthecylinderhead，andweal"resistanceandmaterialmatchingforthevalve，valveseata

4、ndvalveguide．Keywords：valve；valveseat；wear；optimizeddesign；testverification0前言近年来，由于柴油价格的持续走高，天然气作为一种清洁能源，在发动机领域尤其是重卡领域的需求越来越高，玉柴、潍柴、锡柴等国内一些柴油机厂商在该领域投入了大量的研发资源。相比柴油机，天然气发动机的燃烧温度高、燃烧速度慢，其废气排温很高，传统材质和结构的气门、气门座圈、缸盖等已难以满足其使用要求。此外，国内的天然气产地分布较广，不同气源的天然气成份存在较大差异，发动机性能、缸内燃烧也存在一定差异。某型天然气发动机在使

5、用过程中，气门和气门座圈存在较大磨损，且气门座圈存在偏磨，造成作者简介：陈贻云(1969一)，男，湖北人，研究生，工程师，主要从事发动机设计、制造相关工作。收稿日期：2017—05—27性能不足、“放炮”等问题，已严重制约该型天然气发动机的可靠性水平。．1故障分析、1．1故障情况描述该型天然气发动机采用前端进气(无进气歧管)、整体缸盖、四气门以及顶置凸轮轴，结构非常紧凑。见图l(截取第一缸)，靠近凸轮轴一侧为进气侧，而靠近气门一侧为排气侧，靠近进气口图1气缸盖组件及配气机构示意图第5期陈贻云，等：某型天然气发动机气fq-气门座圈磨损分析及改进·25·为前端，靠近

6、后端的两气门为进气门，而靠近前端的两气门为排气门，分别由进、排气摇臂驱动，且共用一根顶置凸轮轴。该机在市场运行过程中，尤其是重载应用领域，其排气门和气门座圈易出现较大磨损，且气门座圈存在偏磨，最终造成缸盖报废，情况如下：a．气门盘部和气门座圈均有较大磨损，且气门座圈存在偏磨。长时间运行后，气门间隙逐渐减小，甚至无法调整气门间隙，其性能出现劣化，甚至出现“放炮”现象。b．进气侧气门和气门座圈的磨损高于排气侧，且各缸磨损存在一定差异。C．对应位置的排气门导管偏磨方向与座圈偏磨方向一致。一台回场机座圈磨损情况见图2(a)，靠近前端的两个排气门座圈和导管磨损严重，且均偏

7、向进气侧(如箭头所指方向)，靠近后端的两个进气门座圈则无明显磨损。图2(b)为靠近进气侧的排气门座圈，已无法辨识密封带与座圈的分界，可以发现，气门(锥面为堆焊)已经与座圈底孔接触。图2(C)为图2(b)座圈对应的气门，由于气门本身存在转动，其锥面未表现出偏磨，但边缘已严重钝化，原有密封面锥角模糊不清。(h)(‘-)图2市场气

8、、j座圈磨损情况1．2故障分析由于热负荷和机械负荷同时存在，气门和座圈发生磨损不可避免，但其磨损量需要控制在一定的范围内。一般情况下，气门与座圈磨损主要集中在以下两个阶段。阶段一：气门关闭过程中，两者存在相对位移。阶段二：气门完全关闭后，缸

9、内爆压在气门盘部的冲击力