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柴油机气门导管新型密封结构研究

发布时间:2016-12-01 14:25:11     浏览量:

  柴油机气门导管新型密封结构研究屈盛官黄荣华薛晨杨圣东华中科技大学能源与动力工程学院(山西车用发动机研究所)封结构。从理论上对该新型密封结构的作用机理进行了分析,并通过部件和整机试验,证明此新型密封结构既能减少进入进、排气道的机油量,又能减轻气门杆和气门导管的磨损。

  9:5屈盛官1(16-硕士研究生武汉1华中科技大学能源与动力工程学院(430074)http://www.cnki.net随着重型柴油机颗粒排放标准要求的提高,减少颗粒排放、降低机油消耗、减小气门导管和气门杆的磨损已成为重型柴油机的重要研究课题,而这全都与气门杆与气门导管的密封有关。气门杆与气门导管密封的主要方式有:在导管上部安装密封套、导管为光孔、导管加工密封槽且安装不同形状或不同耐热耐磨材料的密封件等,但结果或者是“排气带机油”或者气门杆和气门导管磨损严重。最理想的气门杆密封是在气门杆与气门导管之间保持一层薄的油膜,润滑油不渗漏到气道或燃烧室中,使之既密封好,又保证良好润滑,在润滑的前提下泄漏最少。

  本研究提出了一种气门导管新型密封结构,即在导管上只加工密封槽但不安装任何密封圈。试验证明新型结构既起润滑作用又起密封作用,不仅节省密封圈、简化装配工艺,而且减少进入进、排气道的机油量,从而可降低颗粒排放,减少机油消耗,是比较简单而实用的新型密封结构。

  1气门导管密封结构设计气门导管密封结构如所示。进气门杆直径为¢12=0:055,排气门杆直径¢12=0:055,气门导管孔径Y12G7(+:006),气门杆平均表面粗糙度Ra=0.4.为了解是否有气体从进、排气道经气门导管窜入到气缸盖,按原机型设计,气门导管为光孔,无附加密封结构,只靠其配合间隙密封,并将进、排气门间隙均按上偏差加工,安装在一台实际大气门导管三种不同密封结构气缸盖罩上进行测量。结果是不管柴油机在怠速、部分负荷或者全负荷工况,气缸盖罩里均无高压气体;而且还发现在柴油机全寿命试验期内,气门头上表面有黑色润湿油膜,说明柴油机在各种工况下,气门导管只有漏油并无窜气现象。它在理论上可以解释为气门杆和气门导管之间很小的间隙起了阻尼作用,间隙里均为机油,阻止气体的上窜。这样研究气门导管的漏油就显得尤为重要。

  2气门导管漏油试验研究2.1试验方案选择某柴油机的单排六缸四气门气缸盖进行气门导管漏油的部件试验,在原有结构基础上采用三种不同密封结构(见)及其不同组成六种方案:a.第一缸导管为光孔,未加工任何沟槽;。第二缸的导管加工安装密封圈的沟槽,但不安装任何密封圈;。第三缸的导管加工密封槽,并按现行工艺安装氟橡胶O形密封圈,检查发现O形圈被气门杆锐边切掉一部分;d~ f.第四、五、六缸的导管均加工密封槽,并改变装配工艺,分别安装氟橡胶、丁腈橡胶和石墨密封圈,而且密封圈保持完好不被切破。

  2.2试验装置为模拟气缸盖配气机构的工作状况,试验装置采用实际整台单排六缸气缸盖,利用无级变速电机通过传动机构驱动试验用气缸盖的惰轮旋转,从而使进、排气凸轮轴转动。调节电动机油泵的流量,使凸轮轴的油压保持在允许范围内;油箱有电加热器,可控制机油温度,气缸盖的下面用量杯分别收集各气门导管的漏油量(每缸4只,共24只量杯)。试验装置示意图如所示。

  的影响远比间隙的影响大。气门导管只加工密封槽不安装密封件的漏油量最少,而且各进、排气门漏油量相当;气门导管密封圈安装合格的漏油量相近(也较少),装氟胶胶圈的漏油量较丁腈胶和不同结构气门导管漏油量石墨圈要少,四缸第一排气门几乎不漏油;不加工密封槽、导管为光孔的漏油量较多;而O形圈安装不合格被切破的漏油量最多,约是加工密封槽不装密封圈漏油量的20倍。同时在各循环工况导管只加工密封槽不安装密封件的结构漏油比较均,具有保持气门杆部位所需润滑的能力,而且从气门副的摩擦磨损状况来看,在试验期内该结构的气门杆与气门导管间、气门头和气门座圈间的磨损最轻,满足使用要求。

  3.2整机试验在气缸盖部件试验的基础上,气门导管按原装配工艺安装密封圈(密封圈破损)、加工密封槽不装密封圈和装密封圈完好三种情况按整机考核规范进行整机试验,并检测其排放。按原装配工艺安装,密封圈破损的情况下,在排气管出口可见黑色湿润表面,即“排气带机油”;而气门导管加工密封槽但不装密封圈和装密封圈完好两种情况则完全消除了这种情形,不装密封圈使整机的机油消耗较原来降低了12%装密封圈完好使整机的机油消耗较原来降低了11%同时不装密封圈的结构气门副磨损最轻。

  3试验结果4结果分析体动力润滑理论,但由于气门不可避免的侧向力致使气门杆与导管的同心度不断变化,因而导致漏油量随结构不同而差异较大。对于气门导管上只加工沟槽但不安装密封件的结构,从理论上讲它遵循流体动力润滑理论,既靠间隙密封,又靠槽中油的吸附力来密封。但从另一方面看,气门导管上加工的凹槽起了决定性作用,它既能增大油液阻力,使高压腔的压强在此显著降低;同时又使压力沿圆周均分布,防止气门偏心,使气门杆与导PublishingHouse.Allrights 3.1部件试验在选择气门和导管时,将各缸的进一和排一均按小间隙(进约0.04mm,排约0.07mm)选配,进二和排二均按大间隙(进约0. 0.10mm)选配,安装在部件试验台上对六种气门导管密封方式按表1规范进行考核试验。各气门导管的漏油量分别收集、计量,每阶段测量一次,350h六个缸气门导管的总漏油量如所示(图中柱形自左至右依次为每缸的进一、进二、排一、排二气门)。

  1由楚地看出dc于结构不不同对漏华中科技大学学报年管保持同心,从而减少内部泄漏;从摩擦磨损的角度看,由于这种结构使气门与导管的同心度较好,磨损最轻。因此它既润滑又密封,在润滑的前提下泄漏最小。本研究主要对这种新型密封结构进行分析。

  由于环形槽的作用使气门与导管之间的同心环形缝隙在平面上展开以后成为平行平板间的流动问题151.设平板长为/,宽为B(B=nd,d为气门杆直径)缝隙高度为S缝隙两端压差=pi―内,P为流体密度,u为流体运动粘度,M为流体动力粘度,平板以匀速度v运动。层流时流体运动速度Vy =0,再考虑到定常、连续、不可压缩、忽略质量力,则N-S方程可以简化为―(1/P)(。/)=0;―(/P)(。/)=0.后两个公式说明,压强p只是沿y方向变化。又因平板缝隙大小沿y方向是不变的,因而p在y方向的变化率应该是均匀下降的,于是N-S方程变成对Z积分两次,并利用边界条件:Z= 0,则有平板间的油流速度分布v>.=.可见,泄漏流量也是由压差力和剪切力两种力造成的。当气门向下运动时,Ap>0,Vf>0,压差流和剪切流同向,上式第二项为正;当气门向上运动时,Ap>0,vf)<0,压差流和剪切流反向,上式第二项为负。因而气门导管总的漏油量为qv=nd§Ap/(6W)。

  漏油量为qv量为107mL,与实际漏油量相近。

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