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零部件
国外内燃机
2016年第6期
压缩天然气发动机用气门和气门座圈的开发
【印度】J.ShrivasG.KhairnarS.PandeY.HussainiA.Chaudhari
摘要：气门座圈和气门对内燃机的性能、排放和可靠性起着重要作用。这些零件失效会导致内燃机性能恶化。由于压缩天然气(CNG)发动机的燃烧环境千燥，工作温度较高，会对气门座图和气门的寿命产生不利的影响。Greavescotton公司开发了1台由柴油机改制的单缸水冷气道喷射CNG 发动机。开发中遇到的主要挑战是气门座圈和气门的磨损。为了避免故障，在座圈材料造应性、座面锥角、座面宽度、气门头部刚度、座图与气门的同轴度和气门落座速度几方面进行了设计改进。通过修改设计成功地解决了气门和气门座圈的磨损问题，并通过发动机台架试验和车辆试验得到了验证。
关键词：内燃机压缩天然气气门座圈气门磨损
0前言
运输业目前产生的与能耗相关的CO，排放量约占23%。根据能源科技透视2010（ETP2010）基本
状况（IEA，2010a)报道，到2050年，与运输业相关的 CO排放量将超过以前的2倍。天然气车辆（NGV）和加气站的数量在过去十年量强劲增长，并会继续保持这一态势，如果轻型车辆用压缩天然气（CNG）替代汽油运行，从油田到车轮整个过程的角度来判断CO，的排放量平均能降低25%。
然而，以CNG替代柴油/汽油作为燃料时，由
于燃烧温度和压力较高且燃烧环境干燥，因而会在发动机耐久性方面出现一些技术问题。为此，研究人员用1台由柴油机开发而成的压缩天然气发动机对此进行了研究。新开发的CNG发动机功率为13.5hp，原有柴油机的功率为11.0hp。而且CNG发动机也采用闭环系统（基本ECU系统），试图保持在理想化学配比下运行，以产生较高的燃烧热量。
鉴于上述CNG发动机的工作条件，重点关注了气门和气门座圈磨损问题（图1），分析了磨损现象，从材料、座面锥角、座面宽度、气门头部刚度、同轴度
和气门刚度等方面进行了设计改进 1磨损分析和解决方案
1.1气门座圈和气门-材料的适应性
将柴油机改成原CNG发动机时，起初该CNG 发动机采用了以下的材料组合（表1）。
①为了符合原有数据本文仍沿用原著中的非法定单位——编注。
气门座圈气门
气门座圈气厅
气道
图1气门座圈和气门的布置表1气门座图和气门材料的组合
零件
材料 PL MV 33
双金属（EN52+21—4N）
采用以上材料组合的发动机在额定功率下进行了运转。拆机后，观察了导致气门座面凹陷的进、排气门和座圈的磨损情况。
这种磨损的根本原因是由于燃烧温度升高时材料热硬度降低的缘故。此外，该发动机被设计成在高压缩比情况下专门燃烧用的CNG燃料。
由于燃烧时的高温对排气门的不利影响更大因此，决定对排气门的温度进行评估，
借助于能测量温度的SUH3材料制成的气门测定了气门的温度分布曲线（图2）。试验表明，排气门