激光硬化活塞头在二冲程船用发动机上的应用

针对激光硬化技术在船用二冲程发动机活塞头上的应用展开研究。介绍激光硬化活塞头实施前的准备及实施中的注意事项。经实船验证,采用激光硬化技术可大大提高活塞头的应用寿命。     

液压自由活塞发动机活塞运动规律自适应特性的研究

在一台液压自由活塞发动机(HFPE)样机上进行了活塞运动规率的试验。研究表明:活塞的运动规律对于燃烧相位和累积放热量的变动具有自适应性;随着燃烧相位的提前或累积放热量的增大,活塞换向提前,最大升程和压缩比降低;这种自适应性可有效避免均质压燃过程中的爆震与后燃现象,保证缸内最高压力、最大放热速率的稳定,减少指示功的损失。     

点燃式液压自由活塞发动机高增压燃烧过程的试验与仿真研究

在快速压缩-膨胀机上进行试验,模拟液压自由活塞发动机(hydraulic free piston engine,HFPE)在不同缸内初始压力下的单次燃烧做功过程,并利用OpenFOAM和CONVERGE三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真平台进行增压仿真研究。结果表明:液压自由活塞发动机随着缸内初始压力的增大,相同压缩比下发动机循环周期缩短,活塞在上止点附近停留时间缩短,爆震极限压缩比增大,抗爆能力增强。适当提高缸内初始压力有利于提高指示效率,当缸内初始压力提高至0.15MPa时,发动机指示效率由0.30提高至0.31,但当初始压力达到0.20MPa后,指示效率又降至0.30。针对缸内初始压力进一步增大后出现的效率降低问题,在仿真研究中发现采用多火花塞点火方案,即使在初始压力0.80MPa的条件下也能得到较高的指示效率而不发生爆震。     

船用甲醇发动机润滑油技术难点

针对普通柴油机润滑油不能完全满足甲醇发动机润滑需求的现状,基于现有的可商用的船用甲醇发动机技术,对火花点燃式以及压燃式甲醇发动机对润滑油产生的影响进行分析,提出甲醇船用发动机润滑油需要具有碱值保持能力以及抗乳化能力。甲醇发动机润滑油技术难点在于限制硫磷质量分数的同时保持抗氧抗腐能力,保持高碱值的同时又能避免产生活塞沉积物。     

320型船用柴油机活塞缺陷仿真分析研究

针对某柴油机厂在对传统活塞技术改进过程中出现的新的问题,采用计算机辅助设计(CAE)仿真和试验测试相结合方法,对带缺陷活塞的运行状态进行分析后得出:"多针孔状缺陷"会造成较严重的应力集中;"卵形缩松缺陷"对结构的应力水平影响不大;对冷却油腔尺寸做少量修改可以减小缩松缺陷.     

大功率船用天然气发动机燃气系统压力波动特性研究

以改善大功率船用天然气发动机燃气系统压力波动,减少各缸喷射过程的互相干扰为目标,确定燃气系统主要结构参数设计原则。采用发动机燃气系统压力波动试验数据标定仿真计算模型;对燃气系统突加/突卸负荷开展预测研究,分析各缸压力波动及其对燃气喷射率的影响,提出为保证燃气系统正常工作,突加/突卸时间应大于0.5 s。     

压燃式二冲程对置活塞转盘发动机一维性能仿真

二冲程对置活塞转盘(2S-OPCP)发动机是一种新型发动机．该发动机使用凸轮转盘机构替代了传统发动机中的曲柄连杆机构,这种特殊的结构使转盘发动机具有功率密度高、体积小和结构简单等优点．发动机两侧的凸轮转盘存在相对转角,通过改变凸轮相对转角θ可以改变发动机的有效压缩比及换气正时,从而影响发动机的性能．根据转盘发动机的结构特点及工作过程搭建了一维热力学仿真模型,并使用试验数据对模型的缸内压力曲线进行了标定．随着θ改变,发动机的扫气过程及性能表现都会发生变化．当θ在0°～10°内变化时,发动机的换气过程有所改善,给气比在θ=7°时最高,提升了3.5%．同时,在θ达到4°后,指示燃油消耗率(ISFC)开始逐渐增加,ISFC最高增加了3.5%(θ=10°);而平均有效压力(IMEP)最高增加了3.3%(θ=4°),之后随着θ的上升,IMEP开始降低．     

发动机曲轴箱废气压力影响因素的试验研究

通过对大功率发动机曲轴箱废气压力的研究，分析其形成机理，并建立相应的关系式，最终得出影响废气压力的主要因素，以便进行有效的改进。     

双燃料控制系统在船用发动机上的应用研究

为进一步提高C8190型发动机的性能,使双燃料控制系统在船用发动机上得到应用,在C8190型发动机上配装双燃料控制系统。该控制系统具有纯柴油模式和双燃料模式自动切换功能,满足中国船级社(China Classification Society,简称CCS)要求。通过纯柴油模式和双燃料模式下的推进特性试验,测试该控制系统的性能以及发动机的运行情况。试验结果表明,在双燃料控制系统的控制下,C8190型船用发动机运行平稳,各项性能指标均满足设计要求,可推广应用于船用发动机及其他机型。     

不同喷油压力对汽油压燃中高负荷性能试验研究

基于一台改装后的压缩比为17的压燃式单缸发动机,展开不同喷油压力对汽油压燃燃烧模式发动机燃烧特性、爆震特性、效率特性和排放特性的研究,结果表明随着喷油压力的增加,缸内混合气形成速度加快,混合气着火时刻提前,燃烧持续期缩短,热效率呈现出先增大后略微降低的趋势。喷油压力的增加使得发动机爆震趋势增强,为降低最大压力升高率和爆震强度,采用推迟喷油策略,但高喷油压力下缸内燃烧对喷油时刻变得敏感,易产生较大的平均指示压力循环波动或爆震,燃烧控制难度增加。对不同喷油压力下爆震循环的缸压信号进行分析得出喷油压力对爆震频率无明显影响。喷油压力升高会使得未燃碳氢和CO排放降低,但同时也会使得NO_x排放增加。     

活塞式航空煤油发动机性能优化及爆震抑制研究

本文基于一台压缩比可变的单缸热力学发动机,使用自主开发的空气辅助喷射系统,在全负荷条件下,开展了活塞式航空煤油发动机性能优化及爆震抑制的试验研究。探究了采用双点火、降低压缩比以及使用CO2辅助喷射对航空煤油发动机的性能及爆震抑制的影响研究。结果表明,采用双点火可以有效提高航空煤油火焰传播速率,提高燃烧相位,降低循环波动,并且有抑制爆震的作用;通过降低压缩比有效实现了爆震抑制,解决在较高压缩比下航空煤油发动机只能运行在小负荷区间的难题,压缩比降至6,发动机实现全负荷运行,动力性、经济性较好,且不易发生爆震;采用CO2辅助航空煤油喷射时,随着CO2脉宽的增加,同一点火时刻下,发动机的动力性经济性下降,但由于CO2的抑制爆震的作用,MBT点火时刻最大可提前至14 °CA BTDC,使得燃烧相位提前,发动机燃烧效率提高。     

高压直喷点燃式发动机燃用航空煤油掺混乙醇对燃烧性能优化的试验研究

为提高航空煤油在点燃式发动机中的燃烧热效率,改善发动机爆震及拓宽发动机负荷范围,以3号航空煤油(RP3)为基础燃料,以乙醇为辅助燃料,基于一台单缸水冷、压缩比可调、四冲程点燃式发动机结合高压共轨缸内直喷技术,开展了不同负荷、不同乙醇和航空煤油掺混比、不同喷射压力、不同喷射时刻下航空煤油燃烧特性的试验研究。结果表明,在压缩比为7的条件下,由于爆震的限制,发动机负荷仅能达到原机的72.0%。而乙醇具有较强的抑制爆震的能力,随着乙醇在航空煤油中掺混比例的增加,发动机负荷区间不断拓展,当乙醇的掺混比为10%时发动机可实现全负荷工作。继续增大乙醇的掺混比例,可进一步提升功率并降低油耗。为探究喷油时刻对动力性、经济性的影响,试验测定了5种喷油时刻对燃烧性能的影响。当喷油时刻为压缩上止点前300°时,发动机具有较好的动力性;当喷油时刻为上止点前360°时,发动机具有较好的经济性。     

活塞头部形貌对汽油机爆震敏感性影响研究

基于台架试验和完整工作循环数值模拟,开展了汽油机活塞头部形貌特征对爆震的敏感性研究。以台架试验数据为基准校正了汽油机性能仿真模型,通过开展压缩比为9～16区间的外特性仿真模拟,得出压缩比为12时外特性最优。在压缩比为12的3 500r/min全负荷工况,采用化学反应动力学离子分析法,通过数值模拟分析3类基于活塞头部形貌方案的燃烧室,得出具有点火驻涡区域、气门避障区域、驻涡与避障区域之间的连通区域、后部连通区域的SABCD方案抗爆性最优,并指出活塞头部形貌特征中的连通区域对爆震敏感性具有显著影响。通过对方案SABCD的连通区域关键参数进行优化得出,当区域连通宽度和连通台阶高度均为4mm时爆震敏感性最低。研究结果表明,通过对活塞头部形貌特征的合理设计,能实现提升汽油机压缩比的同时有效抑制燃烧室对爆震的敏感性。     

点燃式发动机爆震测量及其强度分析

利用光纤传感器和压力传感器对发动机缸内爆震燃烧进行探测,在研究和测量临界爆震及轻度爆震时,探索其应用的可行性,利用信号变化率以及表征爆震强度的带通信号峰值幅值指标和信号幅值时域均方根指标,系统比较了光信号和压力信号在测量临界爆震方面的应用。试验研究表明,光信号在研究临界爆震及轻度爆震燃烧等方面具有更明显优势。     

预燃室式柴油 — 天然气双燃料船用发动机热效率优化燃烧控制策略仿真研究

基于CONVERGE软件建立了预燃室式柴油、天然气双燃料船用二冲程发动机的三维计算流体动力学(CFD)模型,研究了压缩比、引燃柴油质量、喷射压力及引燃柴油喷射角度对燃烧过程的影响,探索了提高柴油、天然气双燃料船用发动机热效率的燃烧策略.结果 表明:提高压缩比可以提高缸内的最高燃烧压力,从而有效提高热效率,但受发动机机械...