某柴油机EGR阀的结构优化

某柴油机 EGR 阀的结构优化摘要：通过对失效 EGR 阀头结构分析、断面电镜分析，确定失效 EGR阀是因温度梯度在阀头尖角处形成内应力，最终导致开裂。针对此失效模式，对 EGR 阀头结构进行优化，优化后的 EGR 阀顺利通过试验考核，成功解决了 EGR 阀开裂的问题。关键词：柴油机；EGR 阀；开裂1 前言EGR（Exhaustgasrecirculation）废气再循环技术通常可分为内部EGR 和外部 EGR。内部 EGR 是相对于外部 EGR 而言的，指通过减小气门重叠角或提高排气背压等方法来增加缸内的残余废气量来实现废气再循环。外部 EGR 是利用专门的 EGR 管道将一部分废气引入进气管，使废气与新奇空气充分混合后再进入气缸以抑制燃烧速率与温度，从而有效抑制 NOx 的产生。就 EGR 阀形式而言又可分为机械式、电气式和电控式。其中电控式EGR 阀因具有能快速、精確地控制 EGR 率的特性而最具代表性。假如 EGR阀结构设计不合理，可能导致废气泄露 EGR 率控制不准，阀体开裂、积碳充斥配合间隙导致 EGR 阀拆卸困难等。2 故障现象某柴油机在发动机试验台架进行 200hEGR 系统可靠性试验，试验运行至 170h 时，发动机出现冲缸垫故障。遂对试验样机进行拆解分析，在拆解 EGR 系统时发现 EGR 阀拆卸困难无法取下，最后暴力拆卸将 EGR 阀取出，取出时 EGR 阀出现断裂，见图 1。观察图 2 中 EGR 阀断口发现除了强行拆卸造成的银灰色断裂带（虚线区域），有一段裂口有碳烟熏黑痕迹（实线区域），分析认为此处在试验过程中出现裂缝（未完全裂开），尾气中碳烟熏黑裂口，裂口加速开裂导致阀头变形，阀与阀座卡死，导致 EGR 阀拆卸困难。3 原因分析3.1 断面电镜分析然后采纳体视显微镜和扫描电子显微镜对断口表面形貌进行分析，不同放大倍数下断口形貌如下图 3～图 10。根据电镜扫描分析，断面主要形貌为小刻面和韧窝特征，可知断面组织较为均匀，偶有几十微米级别的小孔（可能为气泡或者晶体析出导致），可排除金属组织铸造缺陷造成的开裂。3.2EGR 阀头结构分析对同批次样件开裂处结构进行检查，发现开裂处为尖角（图 11），图纸要求的 R2 铸造圆角未铸出；同时发现开裂方向与尖角呈 45°，确认为典型的应力集中开裂；且开裂处正处于分模线上（开口滑块与主体模具结合面），根据经验分模线位置易出现铸造瑕疵，比如尖楞、疤痕（图12）等。考虑到 EGR 阀与阀座配合为间隙配合，EGR 阀轴向及径向不受力，推测开裂原因为...