基于虚拟样机的摩托赛车发动机动力学性能仿真技术

基于虚拟样机的机械动力学性能仿真技术是现代机械设计与制造的重要核心技术之一.介绍了利用PTC公司的Pro/E与Pro/MECHANICA软件,能够模拟机器实际工作状态时的运动和动力学特征的摩托赛车发动机虚拟样机的几何及物理建模的方法.介绍了应用有限元法,可使该虚拟样机输出模拟工作状态时所产生的动力学特性,如时变动反力,整机与其零部件的模态特性,振动大小等例子.该方法的优点是以动态的、直观的方法使设计人员了解整机与其零部件的动态特性,并及时发现问题与薄弱环节,改善设计,以确保整机良好的动态特性.还特别介绍了该方法在作者建立的摩托赛车发动机虚拟样机系统等方面的应用.该摩托赛车发动机虚拟样机系统可以进行发动机机构的运动、动力学仿真,可以获得活塞、曲轴上受到的时历动态变载荷.该虚拟样机系统不仅可以对活塞、曲轴与连杆等零件进行考虑到气缸爆炸力、热、惯性力藕合作用时的精确应力应变仿真、还可以对曲轴进行考虑到气缸爆炸力、惯性力作用下的时历响应与频域响应振动仿真.本仿真系统阐明了发动机曲轴振动产生的机理,并提出了降低振动的曲轴设计新方法.应用了该法后,使某新型曲轴的轴径减小了5 mm,并成功通过试车阶段.     

活塞二阶运动对非道路高压共轨柴油机振动及噪声影响分析

活塞敲击是柴油机主要的振动和噪声源,其主要原因是活塞在其与缸套的间隙中做横向和偏摆的二阶运动,因此研究活塞设计参数对活塞二阶运动的影响,优化活塞动力学特性,对于发动机减振降噪具有重要意义。以某非道路四缸高压共轨柴油机为研究对象,建立活塞动力学计算模型以及整机多体动力学计算模型,通过机体和曲轴的模态试验,验证了有限元模型的准确性;采用正交设计方法,研究了活塞销偏置量、活塞裙部中凸点位置、配缸间隙对活塞动力学、整机振动与噪声的影响。研究结果表明:活塞配缸间隙对活塞敲击能量、活塞敲击力、活塞所受力矩影响最大;对发动机振动噪声敏感性分析显示,活塞销偏置是影响发动机振动与噪声性能的关键因素。     

考虑发动机系统动力学与动力润滑耦合的活塞拍击分析

为降低活塞拍击、改善发动机振动噪声性能,考虑活塞-缸套表面粗糙度对润滑状态、活塞运动及活塞拍击影响,基于膜厚比建立活塞缸套动力学分析模型。结合考虑活塞、连杆、曲轴及缸体耦合振动的发动机系统动力学分析模型,建立考虑发动机系统动力学与动力润滑的活塞拍击分析模型,探讨活塞拍击现象。与传统的活塞-缸套非线性动力学分析模型进行对比分析,并结合缸体振动响应实验数据,讨论理论模型误差原因。     

采用线性回归方法的发动机活塞参数优化设计

活塞是发动机的重要零件,一般的活塞参数优化方法采用反复的实验、数据分析、参数改进,最终确定其主要参数.这种方法效率低,花费大量的人力与物力.作者提出了基于线性回归实现活塞主要参数优化设计的方法,即建立回归模型分析现有的成熟发动机和活塞参数,找出发动机参数与活塞参数之间的相关函数,利用这些函数并根据发动机的要求进行活塞主要参数的设计.     

一种液压式连续可变压缩比技术的研究

为进一步提高发动机燃烧效率,减少发动机有害气体的排放,提出了一种液压式连续可变压缩比技术的设计方案。它是通过液压系统控制偏心销转动来改变上止点的位置,从而使燃烧室体积发生变化,实现在调节区间内任意连续可变压缩比的改变。首先,根据所设计的方案分析了其液压系统在2个不同阶段的调节工作原理;然后,利用三维软件Solidworks2010对整个系统进行三维建模,根据模型设计的具体尺寸,得到连续可变压缩比调节的范围为8.81~22.43;最后分析了不同转速下活塞系统综合力（活塞惯性力和活塞表面气体压力的合力）的变化情况,并通过MATLAB与AMESim对构建的液压系统进行了联合仿真试验,探究了不同转速下活塞系统综合力向上和向下时液压系统的流量特性和压力特性。仿真结果表明：发动机转速在中低速条件下,活塞系统调节响应迅速,具有良好的动态特性,证明该设计具有一定实用性。仿真结果为用于液压容积调节的连续可变压缩比技术的实际应用提供了理论依据,具有重要的实际指导意义。     

基于CATIA二次开发的发动机活塞参数化设计

介绍了CATIA二次开发技术和参数化技术.为提高产品设计效率,以发动机活塞作为研究对象、三维软件CATIA为平台、CAA为开发工具,研究了发动机活塞的参数化建模方法.简要分析发动机活塞的主要结构参数.用CAA和面向对象的程序语言来设计参数化程序,实现活塞的快速建模,使产品设计效率有很大提高.     

空气动力发动机气缸容积及程径比的研究

 气缸容积和程径比是进行气动发动机设计的关键参数.在通过热力学和动力学分析对气动发动机工作过程建立并经试验验证的数学模型的基础上，运用仿真方法研究探讨了不同气缸容积与程径比的组合对发动机工作特性的影响情况，提出了相关选用准则，为优化气动发动机设计，提高气动发动机性能打下良好的基础。     

采用虚拟样机技术的摩托车发动机减振设计

引起发动机振动的一个重要因素是发动机曲柄连杆机构往复运动产生的惯性力和惯性力矩。作者使用Pro/Engineer和ADAMS,建立了摩托车发动机的三维数字化模型和动力学模型,对摩托车发动机进行了动力学仿真分析,并和试验结果比较,验证了模型的正确性。在此基础上,进行了平衡轴减振设计,使得产品的减振效果达到了企业的要求。这种基于虚拟样机技术的产品设计,大大提高了产品的设计效率,缩短了产品的设计周期。     

CDV车型内燃机工作过程的力学仿真分析与研究

介绍了利用系统动力学软件ADAMS建立CDV内燃机工作过程曲柄连杆机构动力学仿真分析模型的方法.根据所建立的模型,对CDV车型使用N6A 10FX3APSA内燃机曲柄连杆机构的运动学、动力学特性进行了仿真.通过仿真计算,得到考虑曲柄柔性时的曲轴主轴径、连杆轴颈载荷,活塞、连杆等的惯性力以及内燃机的输出特性,为此,本文提...     

自由活塞斯特林发动机配气活塞阻尼系数的试验研究

为了研究自由活塞斯特林发动机配气活塞的摩擦学性能,在自由活塞斯特林发动机动力学模型的基础上,分析了动力学方程中阻尼项的组成。利用自由振动法,得到各阻尼项的阻尼率,进而得到配气活塞的阻尼系数。试验结果表明,实验系统中的阻尼率均随活塞运动速度的增大而降低。配气活塞头与气缸壁之间和配气活塞杆与动力活塞内壁之间的摩擦阻尼率在0.01—0.02范围内;不同的充气压力下,配气活塞的阻尼率在0.04—0.07范围内;在不同的热源温度下,配气活塞的阻尼率在0.075—0.085范围内。     

基于节点分析法斯特林发动机的参数优化

以斯特林发动机为研究对象,将斯特林发动机划分为6个控制容积,采用三阶节点分析法模拟了GPU-3斯特林发动机,得出其内部压力、温度、功率和效率等参数的动态变化规律。在此基础上对影响斯特林发动机工作腔容积与死容积的参数进行了优化分析,得到了发动机输出功达到最大时各参数的最优值。     

Hybrid Stirling engine-adsorption chiller for truck auxiliary power unit applications

This paper presents preliminary experimental test results for a novel truck auxiliary power unit (APU) design consisting of a 1 kW_e free-piston Stirling engine and 2 kW_t zeolite-water adsorption chiller that is powered via waste heat from the engine's cooling jacket. A prototype system was built and tested to study the interaction dynamics between the Stirling engine and adsorption chiller and to determine the performance of the chiller in extreme ambient temperature conditions. The results show that pulsed thermal loading from the chiller on the engine results in engine power spikes to 110–115% of rated power. An average COP of 0.42 ± 0.06 was achieved for the adsorption chiller. An investigation into mitigating the negative effects of low buffering was also conducted and estimates that a buffer volume of 50 litres is sufficient to minimise the effects. This volume can potentially be achieved through integration with the main truck engine eliminating the need for a supplementary tank. The proposed system has many benefits over existing technologies such as low noise, high reliability and clean emissions without any need for additional exhaust treatment.     

中国货车产品面临的国际噪声限值挑战

联合国欧洲经济委员会UN ECE R51-03噪声法规依据汽车发动机最大净功率差异,将N2、N3类货车细分为总共5个亚分类,并针对不同亚分类制定了不同的车外噪声限值。与欧洲货车产品相比,中国货车产品普遍存在吨位大、轴数多、最大净功率小的典型特征,UN ECE R51-03法规的亚分类方式将导致中国货车产品必须满足更苛刻的车外噪声限值,形成出口认证的技术壁垒。结合大量验证试验结果提出基于最大总质量和轴数的车外噪声限值亚分类方式,并提出中国货车产品达到UN ECE R51-03车外噪声限值要求的技术途径。     

内燃机生物柴油掺烧比对表面辐射噪声测试与研究

采用工程法测量发动机表面辐射噪声,结果表明:适当的生物柴油掺烧油比例能降低内燃机噪声,内燃机的动力性能与原机基本相当,纯生物柴油的噪声比纯柴油的噪声仅降低约2.9%:在一定工况下,相同转速随着负荷的增加,适当的掺烧比能降低内燃机噪声,纯生物柴油在2 000 r/min下不同扭矩的噪声比纯柴油仅少1%:纯柴油噪声在800...     

基于Volterra自适应滤波器的发动机运转噪声预测

摘 要：发动机运转噪声的预测对于减小发动机运转噪声干扰、提高发动机异响故障诊断正确率具有重要意义。基于相空间重构理论,采用三阶Volterra自适应滤波器,提出了两种分别采用双传感器、单传感器的发动机运转噪声建模与预测方法。所提方法有效利用了Volterra级数强大的非线性映射能力,充分考虑了发动机运转噪声内在的循环相关性、周期及相位信息等先验知识。试验结果表明,所提方法具有较好的鲁棒性,其精度可以满足实际应用要求。     

Conflict between internal combustion engine and thermoelectric generator during waste heat recovery in cars

It is shown that an internal combustion engine and a thermoelectric generator (TEG) arranged on the exhaust pipe of this engine come into the conflict of thermal machines that is related to using the same energy resource. The conflict grows with increasing useful electric power W _e of the TEG, which leads to the limitation of both the maximum TEG output power (W _e^max) and the possibility of waste heat recovery in cars.     

大型多功能热声发动机的研制及初步实验 第一部分 热声发动机的研制

设计并制作了一台大型多功能行波热声发动机，该热声发动机长4．5m，高1．25m，设计最大输入功率5kW。它不仅可以用于行波与驻波混合型热声发动机实验，还可以单独进行行波环路实验及热声发动机驱动脉管制冷机实验。该热声发动机中没有任何运动部件，同驻波热声发动机相比起振温度低、压比大，这对低品位能源的利用具有重要意义。着重介绍该热声发动机系统的研制和测量系统的组成，相关实验结果将另文介绍。     

微涡轮气体轴承测试技术研究进展

微涡轮发动机具有重量轻、尺度小、功率密度高、无需充电等优点,是微型机械设备动力源的最佳选择,具有良好的应用前景。微涡轮发动机的转子直径在十几毫米至几十毫米,设计转速一般在每分钟几十万转至一百万转以上,功率目标在100 W以内。超高速微轴承-转子系统的摩擦与润滑问题是微涡轮发动机面临的瓶颈,目前微涡轮发动机大都采用气体润滑轴承。本文对微涡轮发动机的研究现状进行了分类总结,并重点回顾了气体轴承测试系统的研究成果,对测试技术的发展趋势进行了展望。     

Design optimization and optimal control for hybrid vehicles

In the context of growing environmental concerns, hybrid-electric vehicles appear to be one of the most promising technologies for reducing fuel consumption and pollutant emissions. This paper presents a parametric study focused on variations of the size of the powertrain components, and optimization of the power split between the engine and electric motor with respect to fuel consumption. To take into account the ability of the engine to be turned off, and the energy consumed to start the engine, we consider a second state to represent the engine: this state permits to obtain a more realistic engine model than it is usually done. Results are obtained for a prescribed vehicle cycle thanks to a dynamic programming algorithm based on a reduced model, and furnish the optimal power repartition at each time step regarding fuel consumption under constraints on the battery state of charge, and may then be used to determine the best components of a given powertrain. To control the energy sources in real driving conditions, when the future is unknown, a real-time control strategy is used: the Equivalent Consumption Minimization Strategy (ECMS). In this strategy, the battery is being considered as an auxiliary reversible fuel reservoir, using a scaling parameter which can be deduced from dynamic programming results. Offline optimization results and ECMS are compared for a realistic hybrid vehicle application.     

气-液双作用行波热声发动机的数值模拟

提出了一种兼具传统热声发动机使用寿命长和斯特林发动机功率密度高等优点的气-液双作用行波热声发动机,将3台或4台热声发动机通过注有液体的U型谐振管连成气-液耦合振荡的环路,每台发动机都能工作在比较理想的行波声场。对无负载情况和外接不同负载情况下3机或4机串联成环路的气-液双作用行波热声发动机进行了模拟计算,同时模拟分析了发动机个别参数不一致时对系统性能产生的影响。