基于Abaqus的汽油发动机排气门温度场模拟分析及试验研究.docxVIP

计算机辅助工程

ComputerAidedEngineering

论文所属行业：汽车

基于Abaqus的汽油发动机排气门温度场模

拟分析及试验研究

黄凤琴李双清王伟民李欣张功晖张志明万建

（东风汽车公司技术中心湖北武汉430058）

摘要：本文对某汽油发动机排气门进行了建模和计算，采用两种建模方法分析了气门的温度

场分布，并与试验测温结果进行对比，研究发现建模时考虑缸盖、阀座、导管与气门的接触

导热，能非常准确的模拟气门温度分布，而传统的采用第三类边界条件的换热计算方式，模

拟分析得到的结果与试验测温结果误差较大。最后根据标定好的仿真模型，更改导管材料，

可达到气门温度降低19.3度的效果。

关键词：排气门；温度场；试验；模拟分析

中图分类号：U464.1文献标志码：B

TemperatureFieldSimulationandTestStudyofGasoline

EngineExhaustValveBasedonAbaqus

HuangFengqin,LiShuangqing,WangWeimin,ZhangGonghui,Zhang

Zhiming,LiXin,WanJian

(DongFengMotorCorporationTechnicalCenter,HubeiWuhan,430058)

Abstract：Finiteelementanalysisofexhaustvalvetemperaturefieldwasperformedonafourcylindergasoline

engine.Thispaperusedtwokindsofmodelingmethodtoanalyzethevalvetemperaturefield,andcompared

withthetestresults.Theanalysisresultsshowthatthesimulationwhichconsideringcontactconductionwith

cylinderhead,valveseat,valveguideandvalvecangivegoodpredictionoftheexhaustvalvetemperaturefield.

Finally,accordingtothecalibrationsimulationmodel,withchangingtheguidematerial,thevalvetemperature

reduced19.3℃.

Keywords：ExhaustValve;TemperatureField;Test;simulationanalysis;

0引言?

件，也是确保发动机获得足够经济性能、动

力性能、可靠及耐久性的重要零部件。气门

气门是发动机配气机构的主要组成部__________________________________

作者简介：黄凤琴（1984-），女，湖北武汉人，硕士研究生，研究方向为发动机结构疲劳强度分析,（Email）

huangfq@

李双清（1961-），男，湖北京山人，设计总工程师，（Email）lisq@

2计算机辅助工程2013年

的工作环境非常复杂，除了高温、高压的气的材料选择和冷却方式提供依据。

体环境，还在工作过程中受到冲击拉压和热

应力作用，同时还受到高温高速燃气的腐蚀

1气门结构及换热分区介绍?

气门采用耐高温合金钢，中空充钠降

冲刷作用。如果气门冷却条件和导热系数选

温。根据换热特点，将气门分为四个换热分

择不当，将会导致积累在气门上的热量难以

及时进行热传递，最终出现气门温度过高。

区[2]。1区为排气门盘部，其主要是构成燃

烧室，与气缸内燃气进行对流换热；2区为

而高温的环境将导致材料的各项性能发生

排气门锥面，与阀座在气门关闭时进行接触

变化，机械性能明显下降，严重时可能导致

材料产生蠕变[1]。在某增压汽油发动机的开

导热；3区位排气门位于气道部分，与气道

内气体进行对流换热；4区为杆身部分，与

发过程中，即出现过气门因温度过高，导致

气门导管进行接触导热，见图1所示。

热应力过大致气门根部断裂情况，因此需在

设计时对气门温度进行预测，为气门及导管

图1气门换热分区示意图

2有限元分析模型?

四面体单元，缸盖螺栓采用beam单元模拟。

有限元分析模型见图2。本模型中考虑了气

有限元模型包括部分缸盖、简化缸体、