【摘 要】
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随着内燃机工作负荷的提升和减排要求的提出,柴油机燃烧室部件日益面临这严峻复杂的工作环境。配气机构作为柴油机燃烧室的重要组成部分,其磨损性能和可靠性直接影响着柴油机的动力和排放。研究配气机构磨损性能和可靠性对于降低柴油机排放、提高柴油机寿命、改善柴油机性能有着重要的工程意义。气门-气门座圈摩擦副和凸轮-间隙调整片摩擦副作为柴油机配气机构的主要摩擦副,直接影响其磨损性能和可靠性。就目前的研究现状来看,
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随着内燃机工作负荷的提升和减排要求的提出,柴油机燃烧室部件日益面临这严峻复杂的工作环境。配气机构作为柴油机燃烧室的重要组成部分,其磨损性能和可靠性直接影响着柴油机的动力和排放。研究配气机构磨损性能和可靠性对于降低柴油机排放、提高柴油机寿命、改善柴油机性能有着重要的工程意义。气门-气门座圈摩擦副和凸轮-间隙调整片摩擦副作为柴油机配气机构的主要摩擦副,直接影响其磨损性能和可靠性。就目前的研究现状来看,由于配气机构摩擦学系统的复杂性,通过试验模拟对配气机构摩擦副磨损性能进行零部件级的研究较为困难,故科研人员一般聚焦于配气机构的动力学规律的分析与研究,通过数值分析来实现对相关摩擦副耐磨性的研究,此方法在探究配气机构摩擦副磨损性能方面存在一定的局限性;而搭建配气机构模拟试验机进行零部件级的相关研究中,大部分只能实现对配气机构单一摩擦副（气门-气门座）的磨损性能研究,而配气机构一般有两到三个主要摩擦副,彼此互相影响、协同作用,但目前的研究对配气机构中全部摩擦副进行系统性的摩擦磨损性能研究的较少;针对配气机构摩擦副磨损性能试验研究的大部分研究成果主要是基于对磨损零部件材料的试样级研究,科研人员主要是聚焦在马氏体和奥氏体气门钢的磨损性能研究,缺少对镍基合金气门磨损性能的研究;此外针对材料进行磨损可靠性的研究较多,但对柴油机配气机构主要零部件的耐磨可靠性的研究相对不多。综上本文使用了一种配气机构摩擦磨损试验装置,对配气机构摩擦副进行零部件级模拟试验研究,探讨了高速柴油机配气机构气门-气门座圈摩擦副和凸轮-间隙调整片摩擦副的磨损性能和可靠性,其具体的研究内容和结果如下:（1）研究气门落座频率和温度对气门-气门座圈摩擦副磨损性能的影响规律。发现磨损量随着气门落座频率的增加呈现先增加后下降的趋势,气门耐磨性在落座频率为800r/min时最弱,磨损量最大。落座频率为600r/min时,气门盘锥面磨痕沿竖直方向;当落座频率为800r/min时,气门盘锥面磨痕成交错状;当落座频率为1000r/min时,气门盘锥面磨痕大部分呈竖直方向,少部分磨痕呈交错状。在低温工况下,气门的磨损量随着温度的提高而增大,耐磨性较弱。当工作温度达到100℃时,气门的磨损量最大,耐磨性最弱。在高温工况下,气门的磨损量随着温度的提高呈现逐渐下降的变化趋势。当工作温度为400℃时,气门耐磨性较强,磨损量最小。气门的主要磨损形式为微动磨损和疲劳磨损。通过有限元分析可知,造成气门微动磨损的原因是气门落座时产生的微动旋转和气门撞击气门座圈时盘锥面产生的弹性变形;造成气门疲劳磨损的原因是气门循环往复的冲击作用下产生的材料表面的应力疲劳。（2）研究载荷对间隙调整片磨损性能的影响规律和不同镀层间隙调整片的磨损性能。发现磨损量随着载荷的增加而升高。磨损试验初期,DLC镀层间隙调整片耐磨性较PVD镀层间隙调整片强,磨损量更小;随着磨损时间的延长,DLC镀层间隙调整片的耐磨性减弱,磨损量逐渐增大;磨损试验后期,DLC镀层间隙调整片的耐磨性较PVD镀层间隙调整片弱,磨损量更高。间隙调整片的磨损形式是黏着磨损、疲劳磨损。疲劳磨损是间隙调整片最主要的磨损形式。（3）研究基于气门、间隙调整片台架试验数据的磨损量增量的伪寿命仿真预测方法。使用Gamma分布模型,利用试验数据建立气门、间隙调整片磨损量增量（Δx,Δy）的退化分布模型。使用Monte-Carlo法对气门、间隙调整片的耐磨寿命进行仿真计算,气门的阈值设定为台架1000h试验的气门、间隙调整片磨损量均值。利用MATLAB软件对气门磨损量增量进行迭代仿真计算后,获得了100组气门、间隙调整片在设定阈值下的伪磨损寿命数据。经验证仿真结果和台架试验数据较为接近。该模型可以解决柴油机配气机构摩擦副寿命数据难获得,无法进行有效的可靠性分析的问题。为机械产品耐磨可靠性评估提供充足的寿命数据。
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