2013年第4期
国外内燃机
热负荷下的气缸盖温度测量
【德】LeidenfrostMWernerE
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摘要：在对热机械负荷下的气缸盖寿命进行数值评估之前，必须先按工况计算出气缸盖的温度
场。由子温度场对所计算的气缸盖寿命至关重要，固此，必须将计算温度与测量温度进行比较。介绍一种由德国筹尼黑工业大学研究出的气缸盖温度测量方法，它利用一种特殊的高温黏结剂可使热电偶固定在与火力面平行的钻孔内。
关键调：气缸盖热负荷温度测量
数值评估
0前言
现代商用车柴油机的气缸盖寿命主要取决于机
械负荷（燃烧压力）)和热交变负荷（起动-停车运行）。基于时间和成本的考量，将有限元计算结果应用于寿命评估日益增多。尤其在计算中，温度分布、温度波动、气缸盖最高温度，以及温度-时间特性对分析热机械负荷和气缸盖寿命起着十分重要的作用。为了有效评估仿真结果，先要根据测量值对计算出的温度场进行验证。这些测量值大多来自部件或发动机的试验。
出于原理的限制，气缸盖中重要的最高温度通常出现在燃烧室表面。在最理想的情况下，这种测量方法既能直接测定温度，又不会对温度产生影响。否则，必须查明可能的影响因素及其对测量值的影响。就商用车柴油机面言，由于燃烧时的机械负荷和热负荷较高，直接测量燃烧室内或活塞上的温度会受到制约。同样，燃烧室内的积炭制约着运用光学通往燃烧室的低成本测量方法的实施。在实际应用中，具有一种测量燃烧室壁面附近温度的方法，即在气缸盖中打孔，并在孔中嵌入热电偶。对MAN Truck&.Bus公司的3个单体气缸盖进行部件试验，并根据得出的温度测量结果对上述方法进行讨论1）。本文着重介绍传感器位置对测量值影响的研究结果，同时研究了钻孔和所用黏结剂对结果产生的影响。为了更深入地研究，针对各个点进行了有限元法计算分析，其结果将在下文相应的章节中进行讨论。
1温度测量
在初步研究铸铁气缸盖寿命的基础上，对热冲击发动机试验中出现的热交变应力进行了简化模万方数据
拟。为此，在德国工业设备管理公司提供的气缸盖试验台[2.3上，进行了温度测量研究，其目的是：(1) 标定试验台，(2)验证温度场的仿真结果。
试验组件（图1)包括3个单体气缸盖、1个连接板（曲轴箱替代品），以及每个气缸盖配备的气体燃烧器。气缸盖通过连接板与冷却水循环相连接。就冷却水供给系统的设计而言，3个气缸盖冷却水人口的质量流量儿乎相同。利用3个气体燃烧器分别对各气缸盖进行加热，并给定燃烧室温度。试验用气缸盖是MANTruck&.Bus公司的蜗墨铸铁单体气缸盖。根据系列，对所用气缸盖进行预分组，并用螺栓将其固定在连接板上。测温时，将装有热电偶的气缸盖安装在试验台上。为使与先前发动机试验的温度测量保持一致.被测气缸盖设有16个温度测点。装有热电偶的钻孔（直径3mm）位于气缸盖火力面上方5mm。图2表示测量气缸盖的计算机辅助设计(CAD)模型，以及与气缸善火力面平行的热电偶钻孔剖面。在温度最高的气门鼻梁区分别安装 2个热电偶。用一种特殊的高温黏结剂将热电偶固定在钻孔内。
气体燃烧器
图1气缸盖试验台上的组件