柴油机气门座圈的抗脱落选材和设计研究

针对某型强化柴油机中出现的排气门座圈松脱掉落的现象,分析了导致故障发生的原因,并从选材和设计两方面对该问题进行了深入的研究。通过对预选材料——钴基合金、镍基合金和粉末冶金进行材料强度、热膨胀特性、摩擦特性和体积稳定性等方面的试验研究,对各材料气门座圈的抗脱落特性进行了评价;通过有限元计算方法确定了合适的座圈装配过盈量,在保证结构安全系数的前提下提升防松效果;并通过整机试验,对新材料气门座圈的工作可靠性进行了验证。研究结果表明：镍基合金与气门材料亲和力过强,磨损严重;粉末冶金能在较大的装配过盈量下保持较小的最大内应力,但体积稳定性不如钴基合金;钴基合金具有优越且稳定的高温抗压特性和耐磨特性,并表现出很好的体积稳定性和抵御不正常工况的能力。由于新材料抗压特性的提高,可将装配过盈量提高到0.081~0.113 mm,此过盈量能满足缸盖的使用要求,并能保证1.4以上的安全系数。     

封闭空腔中多相流振荡传热特性的数值模拟

振荡强化传热在内燃机活塞和气门中得到广泛应用,但是其热量输运机理了解还不够深入,目前仍然主要基于经验进行活塞和气门冷却结构的设计,这无疑使得系统传热量难以准确确定。采用CFD动网格技术和VOF多相流模型,对封闭空腔中填充部分冷却介质的振荡传热进行了数值计算,分析了对流传热系数随转速、冲程以及填充率的变化规律。结果表明:振荡能够明显地强化传热,转速是影响振荡强化传热的主要因素,强化传热的效果随着转速以及活塞冲程的增大而增强;当冷却介质填充率在30%～60%范围内时,强化传热效果明显,但当冷却介质填充率超出此范围时,传热效果变差。分析结果对内燃机活塞及气门的冷却设计具有指导意义。