发动机缸内摩擦副组件性能数值模拟与试验研究

为降低发动机能耗及排放,提高机械效率,对发动机缸内活塞摩擦副组件性能进行了有限元数值模拟,并研究其动力性、机油耗、噪声等指标.通过数值模拟与分析,对比了发动机的机油耗、窜气、机械效率等性能.模拟和试验研究表明,该数值模拟方法可准确地分析活塞摩擦副组件的性能;影响发动机机油耗的主要因素为运行过程中的刮油作用与蒸发作用,而环槽的粗糙度值在降低发动机漏气量的因素中具有不可忽视的作用.     

柴油机活塞环组动力学特性分析及多目标优化设计北大核心CSCD

以一款非道路柴油机为研究对象,结合实测活塞温度场建立了活塞环组动力学仿真模型,并通过漏气量和机油耗试验研究验证了模型的准确性。通过正交试验设计进行析因分析,选定顶环开口间隙、二环侧隙、顶环和二环切向弹力作为决策变量,引入支持向量机的帕累托多目标优化算法,以降低柴油机漏气量和机油耗为优化目标,通过K-means聚类算法得到3种优化方案。与原机相比,方案A的漏气量降低了3.69 L/min,降幅达23.50%,而机油耗只减少了0.27 g/h;方案B的漏气量和机油耗分别降低了2.55 L/min和0.49 g/h;方案C的漏气量只减小了1.39 L/min,但机油耗降低了0.44 g/h,降幅达12.05%。研究结果表明适当减小顶环开口间隙和二环侧隙和合理的切向弹力可以有效减小漏气量和机油耗,优化结果可为高效清洁的柴油机活塞环组设计提供理论依据。     

优化活塞结构 降低柴油机机油耗

本文针对某型柴油机降低机油耗的要求,通过原因分析,对活塞组作了结构改进,借助Glide软件进行模拟对比分析,最后通过发动机台架试验进行了实践验证。得出最终结论:活塞的结构优化设计及摩擦副组的匹配是降低发动机机油耗的主要措施。     

优化活塞结构降低柴油机机油耗

本文针对某型柴油机降低机油耗的要求，通过原因分析，对活塞组作了结构改进，借助Glide软件进行模拟对比分析，最后通过发动机台架试验进行了实践验证。得出最终结论：活塞的结构优化设计及摩擦副组的匹配是降低发动机机油耗的主要措施。     

活塞结构对柴油机润滑油消耗的影响分析

结合活塞、缸套工作温度场的实测值,建立了2D25柴油机活塞组件动力学模型,采用正交试验设计方法分析了活塞主要结构参数对活塞组机油耗的影响关系。分析结果表明:对活塞组机油耗影响最大的因素是配缸间隙,其次是活塞头部间隙和活塞销偏心,裙部中凸点位置、裙部刚度和裙部椭圆度对机油耗的影响较小。配缸间隙在0.06~0.09mm范围内,机油耗随着配缸间隙的变化不大;在0.09~0.15mm范围内,机油耗随着配缸间隙的增大而急剧增大。机油耗随着活塞头部间隙的增大而增加,但增幅不是很大。活塞销偏向主承压面0.5mm时机油耗最低,而随着活塞销向主承压面或副承压面偏心量的增加,机油耗增加,但变化幅度较小。     

柴油机活塞环结构及配合对机油消耗影响研究

在缸内燃烧过程试验与活塞环组热负荷数值模拟的基础上,利用Ringpak软件建立了车用柴油机机油消耗的计算模型,以某车用柴油机第一道梯形不对称桶面活塞环为研究对象,研究其关键结构及配合参数对机油消耗的影响规律,并通过实测机油耗试验对模型进行验证。结果表明:第一道活塞环桶面型线会影响环的刮油特性,当环桶面度e和有效宽度B的比值在9/1000和18/1000之间时,机油耗随着e/B增加而缓慢增加,而当e/B小于9/1000或者大于18/1000时,机油耗急剧增加;在活塞环运动过程中环与环槽的接触方式会改变其桶面型线,当环与环槽内侧接触时,环容易发生扭曲,在上行程时e值增加,环在使用中后期的磨损量得到弥补,机油耗降低;改变活塞第二环岸结构会影响一环和二环间区域的压力分布,进而影响一环的密封性,当缩进结构与环槽不连通且截面积大于1.5mm2时,机油耗显著减小,当缩进结构与环槽相通且截面积大于1.5mm2时,机油耗开始恶化。     

活塞销偏置对柴油机噪声的影响

活塞销向主推力面方向偏置能够缓解活塞换向过程中的敲击噪声,本文通过建立活塞的有限元模型,在配缸间隙一定的条件下,运用AVL Excite软件对不同活塞销偏置方案进行仿真计算,得出当活塞销偏主推力面0.80~0.85mm时,活塞动能变化率最小,且对柴油机其他性能影响较小,最后通过在柴油机上进行试验验证,得出结论:当活塞销偏置量为-0.80mm时,相较于原机,优化后的柴油机摩擦损失功变化较小,且活塞敲击噪声改善明显。     

柴油机机油耗的模拟分析

在应用ANSYS软件计算得到活塞和缸套变形的基础上,应用GLIDE软件对不同活塞、活塞环和缸套组合的机油耗进行了计算与分析,计算结果表明:选择合适的活塞环可以有效地降低整个转速区域内的机油耗,加强活塞的冷却和采用椭圆形缸套均可降低发动机高速时的机油耗.     

模拟软件在内燃机零部件开发中应用

本文结合主机厂提供的待开发内燃机的参数,利用AVL Excite Piston ＆ Rings软件对新开发机型的活塞动力学和环组动力学进行模拟并计算内燃机的漏气量和机油耗。通过计算结果从而对内燃机的漏气量、机油耗等性能进行预测或改进设计,更好地辅助新机型的开发。     

某V型发电柴油机机油耗高问题分析及改进

针对某V型发电柴油机机油耗过高的情况,采用仿真及试验的手段,确定了机油消耗量大的主要原因,明确了降低活塞温度、优化活塞环组运动、增强控油能力的优化方向。通过优化改进气缸套网纹、活塞内冷油道结构和活塞环组尺寸,优化活塞、活塞环和缸套的配合间隙,增加刮碳环,实现了对活塞环组降温、顺气、控油和及时清除积碳的效果,达到降低柴油机机油耗的目的,改进方案经市场验证效果良好。     

基于AVL-P&R的某活塞环组仿真计算及优化过程研究

运用AVL Excite PR软件建立了发动机活塞环组/缸套仿真模型,通过改变环的主要结构尺寸参数和工作表面型线类型,对活塞环的磨损、窜气和机油耗等性能进行了对比分析。得到了影响活塞环工作性能的主要因素及影响规律,并提出了活塞环的优化方案。     

运行参数对活塞热负荷及异常燃烧的影响

应用AVL BOOST仿真软件建立了天然气发动机的仿真模型,计算不同的运行参数对发动机热负荷的影响。主要分析不同点火提前角、空燃比、中冷后温度及增压压力时,活塞、缸盖等气缸零件热负荷的变化,为降低燃气发动机气缸零件热负荷、抑制异常燃烧、优化运行参数等各个方面的改进提供理论依据。     

高压共轨柴油机润滑油消耗特性研究

以某高压共轨柴油机为研究对象,采用硫元素示踪法试验测量了润滑油的消耗情况;通过对活塞和气缸套温度场的试验测试,建立了活塞组件动力学仿真分析模型,计算了柴油机的润滑油消耗随转速及负荷变化的情况;分析了4种主要缸内润滑油消耗途径的润滑油损失量。结果表明,缸套壁面蒸发和活塞顶环甩油在润滑油消耗总量中所占比例较大,分别占比约61.42%~70.56%及29.42%~38.42%;随着柴油机转速及负荷的增加,其润滑油的消耗情况表现为先快速升高,随后略微减少,再快速增加的趋势。     

船用柴油机连杆小头轴承润滑分析

应用AVL EXCITE PU软件建立了某船用柴油连杆与弹性流体动力润滑轴承的多体动力学计算模型。计算分析了表面粗糙度、半径间隙、活塞销刚度对油膜动态特性的影响。分析结果表明:表面粗糙度增大,不利于油膜润滑;轴承半径间隙适当减小,有利于油膜润滑;供油方式改为压力供油改善油膜润滑没有明显;在缸内燃气爆发时刻之后,滑油填充率明显下降,有瞬时断油之虞。据此,为结构设计优化提供了理论依据。     

气道和燃烧室形状对汽油机缸内流场影响的计算研究

为探究气道及燃烧室形状对汽油机缸内流场的影响,以某1.4L多点进气道喷射(MPI)汽油机为研究对象,利用AVL-FIRE软件对原机进气道形状进行稳态数值模拟计算,并对原汽油机在2 800r/min最低比油耗工况点进气及燃烧过程进行瞬态数值模拟计算。基于计算结果对进气道及燃烧室形状进行优化设计,提出4种计算方案,对优化前后各计算方案的缸内速度场、湍动能场、火焰前锋面密度和瞬时放热率进行对比分析。结果显示:改进气道的滚流比明显高于原机气道;结合改进气道,进气侧凸起活塞能够更好地维持滚流;在点火时刻,改进气道结合进气侧凸起活塞这一计算方案的缸内湍流分布及湍动能优于改进气道结合大曲率凹坑活塞、原机气道结合原机活塞(压缩比12)与原机计算方案,点火后火焰传播速度最大,燃烧速度最快。优化进气道及燃烧室形状能够加强缸内气流运动,提高点火时刻缸内湍流强度,加速火焰传播,改善燃烧过程。     

生物柴油-柴油发动机放热规律模拟计算研究

进行生物柴油-柴油发动机的放热率仿真计算研究,基于AVL BOOST发动机工作过程仿真软件,根据DL190-12柴油机的实物结构测量参数,对每循环供油量、平均机械损失等参数进行测算,对柴油中掺混25%生物柴油的柴油-生物柴油混合燃料的热值和理论空燃比进行估算,建立了生物柴油-柴油发动机的准维工作过程模型。利用生物柴油-柴油发动机模型对发动机的气缸压力、温度、放热峰值等性能进行计算,并与纯柴油的放热特性对比分析。结果表明,相比柴油机燃用纯柴油,柴油机掺烧25%生物柴油时气缸内最高爆发压力、温度和放热峰值稍低,最大降幅分别在3%、5%、6%以内。     

气环密封面粗糙度对窜气量影响的仿真分析

发动机窜气指的是高温燃气直接从气缸漏入曲轴箱,窜气量过大直接导致发动机功率下降,燃料消耗率上升,以及恶化润滑油。采用气体在粗糙间隙的流动理论基础,并通过AVL EXCITE PR软件对某V6发动机进行活塞动力学分析,对比窜气量结果,指出第一环下侧面与第一环槽下侧面的粗糙度均方根是影响窜气量的关键因素,粗糙度均方根越小,窜气量越低。