2015年第1期
国外内燃
机
活塞涂层对柴油机性能影响的研究
iC.S.RameshK.Veerabhadhrappa
【印度】S.K.Rupangudi
R.RohitV
63
摘要：发动机活塞绝热的目的是减少热损失，从而提高指示效率。热障涂层被用于模拟绝热发动机的工作状态，其目的不仅是降低缸内热损失，防止底层金属表面的热疲劳，而且也是为了减少发动机排放。采用热障涂层能降低从燃烧室表面（包括气缸盖、气缸套和活塞顶和活塞环向发动机冷却水套的传热。应用以陶瓷为基体的涂层，使燃烧室的隔热对燃烧过程产生影响，从而影响发动机的性能和废气排放特性。在油价快速上涨的情况下，绝热技术固有助于降低燃油耗而显得越来越重要。在柴油机活塞顶部采用等离子喷涂的热障涂层，研究其对发动机性能的影响。证实这种涂层能提高发动机的热效率和机械效率。
关键词：柴油机热障涂层
排放性能机械效率
绝热
涂过程
0前言
通过改善内燃机的燃烧过程，并在活塞顶上涂覆热障涂层，减少流向废气的热损失，提高热效率，这也有助于减少燃油耗和废气排放。采用常压等离子喷涂技术涂覆陶瓷涂层是一种通用技术，可以在一系列基材上喷涂各种涂层材料，并获得均勾的涂层。此外，石油价格的快速上涨也促使人们采用热障涂层来实现燃烧室绝热，以降低燃油耗。为了得到更好的效率，燃烧室必须完全绝热，以获得理想的燃烧过程。
在试验活塞的活塞顶涂覆1层含稳定氧化亿的氧化锆(YSZ)陶瓷，并测定发动机的燃油耗，比较活塞顶涂覆YSZ涂层前后的发动机性能，结果显示，发动机在低功率下的燃油经济性提高了6%。在1 台6缸直喷式涡轮增压柴油机上进行试验，该发动机的活塞涂有厚度150μm的NiCrAl黏结层和厚度 350um的MgZrO,涂层，结果发现，有效燃油消耗率降低了1%～8%。采用等离子喷涂技术在若干发动机零件上喷涂厚度为150μm的ZrOz/Al,O，涂层，结果显示，燃油耗和氮氧化物（NO,)排放均有所减少，发动机的热效率略有增加。在1台单缸四冲程直喷式柴油机上进行试验，在活塞顶部、气缸盖和气门上涂覆厚度150μm的NiCrAl黏结层和厚度 0.5mm的莫来石（3AlO：·2SiOz）涂层。试验表明，与标准发动机相比，这种配有涡轮增压器的低散热发动机在全负荷下的比油耗降低2.18%，排气温度升高12%，废气中的NO,排放增加20.64%，CO排
万方数据
放减少22.05%，碳氢化合物排放减少28.20%。在研究热障涂层对柴油机性能的影响时，在1台柴油机燃烧室中喷涂由60%氰酸酯改性环氧树脂体和 20%错钛酸铅组成的涂层，研究显示，比油耗降低了 15.89%。在本项研究工作中，鉴于活塞是产生热损失的主要受热零件，因此，在活塞上喷涂二氧化钛，
形成热障涂层。 1涂层材料
二氧化钛是一种被用作涂层材料的硬质陶瓷。表1列出了二氧化钛的特性。
表1二氧化钛的特性
项目
材料
密度/(g*cm=") 抗压强度/MPa 泊松比
(s/-RW)/科降裕弹
弹性模量/GPa 显微硬度（HVO.5) 导热系数(W-mk-) 摩尔质量/(g*mol-1)
熔点/℃ 沸点/℃
2
喷涂过程
参数二氧化钛 4 680 0. 27 3. 2 230 880 11.7(25℃) 79. 87 1870 2.972
采用常压等离子喷涂工艺喷涂二氧化钛涂层的