某重型柴油机气门失效机理研究

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1、某重型柴油机气门失效机理研究第一章绪论1.1柴油机发展现状1.1.1柴油机发展趋势自1897年柴油机问世至今，在一百多年的发展过程中，从20世纪20年代中期以德国BOSCH公司为代表推出的机械式喷油系统取代蓄压式供油系统，是柴油机在汽车上的应用成为可能。大量研究成果表明，柴油机是目前被产业化应用的各种动力机械中热效率最高、能量利用率最好、最节能的机型。现代的高性能柴油机由于热效率比汽油机高、污染物排放比汽油机少，作为汽车动力应用日益广泛。柴油发动机存在的主要问题就是氮氧化物和黑色的碳烟。柴油机在燃烧时的压力和温度都高于汽油机,吸入燃烧室里的空气也较多,

2、燃烧室内剩余空气中的氧气和氮气很容易在高温、高压的条件下发生反应,而生成氮氧化物。燃烧区域中油滴周围的含氧量相对柴油汽较低,影响了柴油的充分燃烧,这将导致碳烟(燃油中未燃烧的碳)的排放,也就是颗粒物。不过,随着柴油机技术的进步,其环保性能已大有改善。自1998年以来,新型公路用柴油机的颗粒物排放量已降低了83%,氮氧化物的排放量也已降低了63%,达到欧洲排放标准的柴油发动机已经基本消除了黑烟。这主要得益于90年代以来柴油机技术的不断创新发展,燃油供给、燃烧室设计和涡轮增压方面的改良。　随着科技的进步，特别是当共轨技术成功运用于柴油发动机上后，柴油发动机

3、燃油经济性的优势立马体现出来，而冒黑烟之类的弊病也不再存在。越来越多的车辆都开始使用柴油动力，在欧洲，几乎一半的车辆都已经开始使用柴油动力。而在国内，随着大众TDI，双龙XDi等一大批先进柴油发动机的进入，也让国内的消费者们切切实实的体验到了先进柴油动力带来的驾驶感受。近20年来，现代乘用车柴油机广泛采用了增压中冷、电控共轨燃油喷射、废气再循环、排气后处理等先进技术。在这些技术的耦合作用下，现代柴油机与20世纪90年代前的传统柴油机有了质的差别：一是现代柴油机的污染物排放大为减少，由于现代柴油机在减少污染物排放上取得的巨大进步，国际上将现代柴油机称为清

4、洁(cleandiesel)或绿色柴油机(greendiesel)；二是现代柴油机解决了噪音、振动以及小型化的问题，使得现代柴油机动力技术不仅能够用于大型的商用车上，而且也能用于乘用车(包括轿车)上。现代柴油机技术使传统柴油机功率密度低、冒黑烟、噪声大和冷起动困难的缺点得以克服，并使节能环保的现代柴油动力乘用车作为未来乘用车发展趋势成为现实。1.1.2配气技术概况配气机构是柴油机两大机构之一，它的功能是按照柴油机的工作顺序和工作循环的要求，定时开启和关闭各缸的进、排气门，使新气进入气缸，废气排出气缸。随着化石燃料的枯竭和排放法规的愈趋严格。柴油机朝着高

5、功率密度、低污染、低排放、低噪声、高可靠性方向发展，这些都给配气机构带来了新的挑战柴油机四气门技术气门数多有利于发动机在高转速时的进排气效率，但影响低转速的扭矩；进排气的效率是决定发动机性能好坏的重要因素。每缸四气门的设计将得到更大的气门开启面积，提高充气效率，从而产生更大的额定功率。四气门的布置是一个中央喷嘴加周围两个进气门，两个排气门。喷嘴在中央垂直位置，再加上适当的活塞凹腔。燃油就会均匀的进入燃烧室。进气道的形状和布置有助于进气并可使吸入的空气在燃烧室形成涡流，保证燃油与空气充分混合，从而使燃烧更充分，减少尾气排放。采用四气门技术，柴油机充气效率

6、得到大大提高的同时，为功率进一步提升奠定了坚实基础。为了满足越来越严格的柴油机排放法规要求，各国生产商和研究机构都致力于将柴油机四气门技术应用到柴油机上。发动机配气机构可控技术．是随发动机转速、负荷的变化，能够自动改变配气相位及气门升程，以提高气缸的充气量并选择合适的气门重叠角。使发动机能在较大的转速范围内获得最大的扭矩和最为经济的油耗指标的技术。目前可变气门正时与升程技术已被广泛地应用于汽车发动机产品。可以通过进气相位、排气相位的独立或联合调节，以及气门升程、正时及持续期的改变。实现排放、燃油经济性、扭矩、功率以及怠速稳定性的优化。发动机配气机构的可

7、控技术大致可通过柔性控制与凸轮控制两种手段予以实现。无凸轮配气机构取消了传统驱动机构中的凸轮轴，而以液压、电磁等方式来驱动气门动作。无凸轮电液驱动配气机构在所有工况下都能连续地独立地控制气门运动，使发动机获得低排放、低能耗、高扭矩和高功率输出等特点。取消传统凸轮配气机构的无凸轮发动机是汽车发动机技术领域研究的重点之一，其配气相位的调节与优化有更大的自由度。1.2气门失效的国内外研究1.2.1典型的气门失效模式及失效机理气门是发动机配气机构中的重要的执行元件，是保证发动机具备良好的的动力性、经济性、可靠性及耐久性等关键性能指标的重要零件之一。发动机在运行

8、过程中气门会长期受到高温、高爆压、高频冲击载荷及有害气体的冲刷和腐蚀的作用，其工作环境十分恶劣