[發明專利]一種汽車發動機的氣門油封機油泄漏量的預測方法

有效

• 申請號: 202010986715.4
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112131771B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 楊武;曾慶強;沈惠賢;康黎云;余鍇;張偉
• 申請（專利權）人: 重慶長安汽車股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F30/15;G06F119/14
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 唐錫嬌

本發明公開了一種汽車發動機的氣門油封機油泄漏量的預測方法，包括：建立氣門油封有限元模型；施加邊界條件，并提交有限元計算，得到氣門油封接觸分析結果；根據氣門油封接觸分析結果，確定氣門油封的初始唇口型線H₁(z)、初始唇口壓力曲線以及唇口接觸力W；輸入潤滑計算的基本參數；通過三個循環求解氣門桿附著油膜厚度(即氣門桿上附著的油膜厚度)計算值；計算氣門油封機油泄漏量。將本發明應用于產品設計前期，能快速、準確地預測氣門油封機油泄漏量，減少反復試驗次數和成本，縮短開發周期。

技術領域

本發明屬于汽車發動機開發技術領域，具體涉及一種汽車發動機的氣門油封機油泄漏量的預測方法。

背景技術

汽車發動機的氣門油封密封與燒機油、導管磨損問題相關，密封設計是否合理對發動機可靠性、排放影響極大。一方面，如果氣門油封機油泄漏量太大容易導致發動機燒機油、積炭、加劇氣門與活塞的磨損；另一方面，如果機油泄漏量太小又容易導致氣門與導管之間出現干摩擦，導致氣門導管磨損，出現缸壓降低，性能衰減。按照氣門油封與氣門桿之間的運動狀態，氣門油封密封設計也分為兩種類型。一是靜密封設計，計算氣門油封與氣門桿間接觸狀態，評估接觸應力、接觸寬度等指標，通常采用有限單元法；二是動密封設計，計算氣門油封與氣門桿間潤滑狀態，評估油膜厚度、機油泄漏量等指標。機油泄漏量基本原理為在氣門桿與油封處于相對運動狀態下，接觸界面在彈性流體動壓潤滑(Elasto-Hydro-dynamic,EHD)作用下將出現油膜層，當氣門桿向下運動時氣門油封布油，氣門桿向上運動時氣門油封刮油，兩者油膜厚度的差值決定了氣門油封機油泄漏量。

目前，氣門油封機油泄漏量預測主要以試驗法為主，通常在制成樣件后通過試驗方法得到氣門油封機油泄漏量大小，但是往往需要多次“設計-樣件-測試-再設計”迭代，耗費大量的試驗時間和資源，而且橡膠存在粘彈性效應導致氣門油封機油泄漏量測試重復性差且散差大。

在仿真方法方面，國內外尚未出現成熟的氣門油封機油泄漏量預測方法，主要原因為：一是氣門密封的橡膠彈性模量低、唇口變形大，潤滑過程中必須考慮橡膠彈性變形；二是氣門油封的唇口幾何形狀與傳統的“O形、矩形”等密封不同，呈現非規則性，是多段圓弧和切線段的組合，再加上唇口過盈配合、繞簧預緊力等因素，導致氣門桿與氣門密封接觸應力分布復雜，接觸輪廓線受多因素影響，無法找到簡單的解析表達式。現有仿真方法有兩種：一種是流體動壓潤滑(Hydro-dynamic,HD)方法，僅考慮初始靜態橡膠變形，忽略運動過程中橡膠彈性變形，計算效率高但精度差；另一種是流固耦合法，不對模型進行簡化，直接流固耦合求解，利用有限單元法(Finite Element Method,FEM)求解結構變形與計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics,CFD)求解流體流動，并實現兩者的不斷迭代，計算精度高但極其耗時。

發明內容

本發明的目的是提供一種汽車發動機的氣門油封機油泄漏量的預測方法，以應用于產品設計前期，快速、準確地預測氣門油封機油泄漏量，減少反復試驗次數和成本，縮短開發周期。

本發明所述的汽車發動機的氣門油封機油泄漏量的預測方法，包括：

第一步、建立氣門油封有限元模型。

第二步、施加邊界條件，并提交有限元計算，得到氣門油封接觸分析結果。

第三步、根據氣門油封接觸分析結果，確定氣門油封的初始唇口型線H₁(z)、初始唇口壓力曲線以及唇口接觸力W；其中，z表示節點坐標。