多缸柴油机瞬时转速特征参数提取

以一台涡轮增压4缸柴油机为研究对象,通过对比发动机不同转速、不同负荷下的瞬时转速,发现发动机瞬时转速的波动波形由平均转速确定,波动幅值由输出扭矩确定;并且不是在所有转速范围内,瞬时转速的波峰、波谷数都与气缸数相同。随着转速增大,最大瞬时转速值增大,最小瞬时转速值减小,波动率减小;随着负荷增大,最大瞬时转速值增大、最小瞬时转速值减小,波动率增大。实验中还发现瞬时转速在曲轴转角为-270,-90,90,270℃A附近出现波峰;在-180,0,180,360℃A附近出现波谷,因此提出将相应曲轴转角的瞬时转速作为瞬时转速特征参数,分别代替最大瞬时转速、最小瞬时转速。     

湍流预混燃烧火焰结构的分形维数特征研究

发动机湍流预混燃烧的火焰结构具有自相似性,将分形技术这一新的非线性方法技术引入对湍流预混火焰结构的研究中,基于自行设计的以光学发动机和高速摄像机为核心的试验系统,得到了湍流预混燃烧的火焰结构图像.利用修正数盒法的分形图像处理方法,得到了描述湍流预混燃烧火焰的分形维数特征.在此基础上,对于发动机转速、空燃比、点火提前角和燃料性质等参数对火焰分形维数的影响规律进行了探索性的研究.研究结果表明,湍流预混燃烧火焰的分形维数在燃烧期内先随曲轴转角增加而增加,在达到最大值后,随曲轴转角增加而减小,证明在燃烧中期,火焰锋面具有最大的扭曲度;发动机转速的增加、点火角的提前、混合气的加浓均会使燃烧火焰的分形维数均有不同程度的增加.因此表明上述因素会使燃烧进行得更为剧烈,火焰结构的扭曲程度加强,火焰传播速度加剧.     

增压柴油机排气管压力波脉动特性的试验研究

为利用排气管内压力波进行废气重吸再循环的技术方法,提供准确配气正时设计依据,以某六缸增压柴油机为研究对象,以发动机转速、喷油提前角、负荷为变化条件,开展典型工况条件下,排气歧管内压力波形、波峰值及波峰位置随发动机运行条件变化的试验研究,得到了不同的影响规律。研究结果表明:排气歧管内压力波峰值随负荷率增大而增加,但峰值所对应的曲轴转角位置与负荷率大小无关;随着转速的升高,压力波峰值所对应的曲轴转角增大,其中喷油提前角为6°CA时变化幅度最为明显;在100%、75%负荷下,随着喷油提前角的减小,压力波曲线峰值所对应的曲轴转角增大。     

基于CFD的活塞振荡冷却的流动与传热仿真研究

由于柴油机热负荷不断提高,必须要对活塞进行有效冷却。应用计算流体动力学(CFD)方法对活塞的振荡冷却瞬态传热进行了仿真分析,得到了不同转速下冷却油腔的机油填充率以及壁面换热系数等随曲轴转角的变化规律。研究结果表明,随着发动机转速的提高,冷却油腔内的机油填充率下降,但是壁面换热系数却有所提高;机油的振荡冲击对冷却油腔顶部和底部的强化换热明显高于侧壁。此结果可为活塞有限元分析提供热边界条件,在活塞概念设计阶段为活塞的优化设计提供依据。     

某汽油机气缸盖循环瞬态温度场计算

以某汽油机气缸盖为研究对象,借助有限元分析软件ANSYS,计算了标定工况下气缸盖循环瞬态温度场.计算结果显示:在一个循环内,该汽油机气缸盖燃烧壁面最高温度极大值出现在压缩冲程上止点后38°曲轴转角位置,约为237℃;极小值出现在压缩冲程上止点前20°曲轴转角位置,约为230℃;不同曲轴转角,气缸盖和缸内气体之间热量交换方向有所差异;气缸盖燃烧室壁面周期性温度波动深度在2mm以内,超过2mm温度趋于平稳.     

燃烧边界条件对乙醇均质压燃燃烧的影响

在一台由CA6110柴油机改造而成的单缸发动机上进行了燃烧边界条件对乙醇燃料均质压燃（HCCI）燃烧过程影响的试验研究。结果表明，在转速和进气温度一定时，随着过量空气系数的增加，着火始点推迟，燃烧持续期变长，缸内的最大燃烧压力降低，放热率降低，φ50（50％乙醇燃烧放热量所在的曲轴转角）位置推迟，燃烧效率降低；在发动机转速、进气温度和过量空气系数一定时，随着EGR率的升高，着火始点推迟，燃烧持续期延长，φ50位置推迟，放热速率降低，压力升高率变小，缸内最大燃烧压力减小，燃烧效率降低。在转速和供油量一定时，随着进气温度的升高，着火始点提前，燃烧持续期变短，压力升高率变大，缸内的最大燃烧压力变大。得到了发动机转速、过量空气系数和对应于最大指示热效率点的进气温度间的MAP图。     

进气VVT对低压EGR汽油机油耗影响研究

基于一台带有低压废气再循环(EGR)回路的小排量增压进气道喷射(PFI)发动机,研究了进气正时(VVT)对低压EGR汽油机油耗与燃烧特性的影响。结果表明:EGR率越小,泵气损失越大,EGR率较小时泵气损失随EGR率的变化程度较小,EGR率较大时泵气损失随EGR率变化程度较大;进气门开启时刻相对于上止点提前或滞后均会使泵气损失减小。在1 850r/min、0.45MPa工况下,进气门在上止点前10°、28°曲轴转角和上止点后24°曲轴转角开启可使泵气损失依次减小2.3%、11.9%和18.8%;进气门开启时刻越提前或迟后,EGR率越大,对应的燃烧持续期和滞燃期越大,燃油消耗率越小;与原机相比(燃油消耗率为294.49g/(kW·h)),综合优化EGR率和进气门开启时刻后(EGR率为10%、进气门开启时刻为上止点后25°曲轴转角)的最佳燃油消耗率为283.44g/(kW·h),可使燃油消耗率提高3.8%。     

分布拉杆转子动力学建模与分析

通过接触力学建立了分布拉杆转子轮盘间接触的等效弯曲刚度的表达式,进而分析了等效弯曲刚度随偏转角和拉紧力的变化规律;同时将等效弯曲刚度添加到拉杆转子模型中并进行数值仿真,进而得到分布拉杆转子临界转速随等效弯曲刚度的变化趋势。研究结果表明:等效弯曲刚度与转角间并不始终是线性关系,当转角达到某一值后,等效弯曲刚度随转角变化呈指数式变化;同时拉杆转子随拉紧力的增加,临界转速增加较多。     

活塞结构刚度对动力学性能影响的研究

用矩阵来描述活塞的径向刚度,并在试验台架上对不同位置加载,测得规定点处的变形量,从而确定活塞整体刚度的分布情况。利用建立的动力学模型分析活塞刚度变化对二阶运动、敲击动能及摩擦功损失等的影响,为确保活塞温度场、热变形及缸套安装变形等边界条件的准确性,使用硬度塞测温试验、缸孔轮廓仪等得到的实测数据对模拟过程进行标定和验证。计算结果表明:活塞动力学分析要同时考虑缸套和活塞刚度的影响,否则计算得到的活塞摆角偏小,摩擦损失偏大,而敲击动能则随着曲轴转角的不同而与实际情况产生周期性偏差,有些偏差值甚至会达到70%;改变活塞结构会改变活塞的刚度,通常当裙部刚度增大后,活塞在每个换向时刻的最大摆角会减小,同时在每个敲击时刻的敲击能量峰值也会减小。     

直列4缸发动机曲轴平衡方案研究

针对某直列4缸发动机曲轴不同平衡方案,运用AVLEXCITEDesigner进行了仿真计算,得到了各方案下主轴承载荷随曲轴平衡率的变化情况：第1、3和第5主轴承的最大轴承载荷随着曲轴平衡率的增大而增大,而平均主轴承栽荷随着平衡率的增大而减小;第2、4主轴承的最大轴承载荷和平均轴承载荷随平衡率的增加变化不大,并通过计算结果对不同方案进行了比较。     

高压共轨柴油机高海拔(低气压)燃烧特性

利用内燃机高原环境模拟试验台,对经过高海拔标定后的高压共轨柴油机进行了外特性试验,重点研究了高原环境条件(0～5,km)对低速和高速燃烧特性的影响.结果表明:该柴油机在低速下平均指示压力、最高燃烧压力、最大压力升高率和放热率峰值均随海拔的增加而减小;海拔每升高1,km,上述燃烧参数分别平均降低6.83%、7.03%、4.00%和3.92%.低速下最高燃烧压力点、放热率峰值点和放热率重心随海拔基本保持不变,最大压力升高率点后移.高速下平均指示压力和放热率峰值随海拔的增加而减小,海拔每升高1,km,分别降低2.59%和2.00%;最高燃烧压力随海拔基本保持不变,最高燃烧温度随海拔的增加而增高;最高燃烧压力点、最高燃烧温度点和放热率峰值点以及放热率重心前移.在高海拔高速工况下发生了燃烧压力振荡,造成噪声和机械负荷增大.     

废气再循环率及点火时刻对天然气发动机燃烧和排温的影响

基于一台当量比燃烧的天然气发动机,采用三维燃烧分析与发动机一维热力学计算相结合的方式开展了废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率及点火时刻对缸内燃烧过程和发动机排温的影响研究.研究结果表明:随着EG R率的增加,燃烧相位后移,燃烧持续期延长,放热率峰值减小,最大压升率、缸内最高燃烧压...     

考虑摩擦热效应的刷式密封性能仿真研究

建立包含转子的刷式密封三维理想切片模型,通过商用ANSYS系列软件计算了不同工况条件下刷式密封与转子的温度场分布情况,在热分析基础上进行了刷式密封热-结构耦合分析.结果 表明:随着上下游压差增大,刷式密封泄漏量逐渐增大,刷式密封泄漏量随着转子转速的增加呈微弱的下降趋势;在工作开始阶段的温升过程中,刷式密封的最高温度随着...     

四气门汽油机可变斜轴涡流系统产生的缸内涡流特性试验研究

在稳流气道试验台上研究了所研制的四气门汽油机可变斜轴涡流系统对进气道流通特性和涡流特性的影响。研究结果表明:在任意的斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角情况下,进气道的流通系数随着阀片开度的增大而逐渐减小,当阀片开度为0°时进气道的流通系数最大为0.82,流通系数调节范围为0.13~0.82;当斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角为30°,阀片开度为45°时,进气终了涡流比达到最大值为0.11,进气终了涡流比的变化范围为0.01~0.11。     

Diagnosis and control of abnormal combustion of hydrogen internal combustion engine based on the hydrogen injection parameters

In order to improve the limitation of evaluating the abnormal combustion problem of hydrogen internal combustion engine by single index, the abnormal combustion risk coefficient is proposed and defined based on AHP(Analytic Hierarchy Process)-entropy method. The abnormal combustion risk of PFI hydrogen internal combustion engine is comprehensively evaluated from multiple indexes such as the uniformity coefficient of the mixture, the temperature of the hot area, the maximum temperature rise rate, the residual amount of hydrogen in the intake port and the cylinder temperature at the end of the exhaust. The influence of hydrogen injection parameters on abnormal combustion was explored. The results show that the temperature and the maximum temperature rise rate in the hot area decrease first and then increase with the increase of hydrogen injection angle and hydrogen injection flow rate. Although large hydrogen injection angle and hydrogen injection flow rate can reduce the cylinder temperature at the end of exhaust, they will increase the residual hydrogen amount in the intake port. Appropriate hydrogen injection angle and hydrogen injection flow scheme can ensure that all parameters are at a better level, so that the risk coefficient of abnormal combustion decreases by 2.1%–5.5%, and the possibility of abnormal combustion is reduced.     

Thermodynamic analysis of rhombic-driven and crank-driven beta-type Stirling engines

This work aims to compare beta-type Stirling engine performance (GPU-3 [ground power unit]) driven by rhombic and crank mechanisms. A modified non-ideal adiabatic model accounting for different frictional and thermal losses was adopted in this study. After validating the current model with engine experimental data, different scenarios of operating conditions including heater temperature, cooler temperature, charge pressure and engine speed were investigated. The results revealed that rhombic drive mechanism generates 32% more power and provides 20% more efficiency than crank mechanism at normal operating conditions. However, at low hot end temperature (300°C) and high charge pressure (50 bar) crank drive mechanism tends to slightly generate power more than rhombic drive mechanism at lower engine speeds. At low hot end temperature (300°C) and charge pressure (10 bar) both mechanisms cannot deliver any positive power. Higher power loss is recognized in crank drive mechanism at higher speeds due to increased pumping and gas spring hysteresis losses. This study highlights a wide analysis opportunity for designers and researchers of GPU-3 Stirling engine for further optimization.     

基于FIRE的柴油机燃烧过程的CFD研究

应用三维CFD仿真软件AVL FIRE对CY4102直喷式柴油机的燃烧过程进行了数值模拟计算,再现了缸内流体的运动过程、湍流参数的变化、燃油粒子的空间分布、燃烧过程的进展状况、传热过程以及缸内温度场的分布等,结果表明:随着喷油提前角的增大,滞燃期变长,最高平均温度、压力和放热率峰值均增大,且其对应的曲轴转角均有前移趋势...     

乙醇-正庚烷燃料均质压缩过程着火与燃烧特性的研究

详细研究了乙醇正庚烷混合燃料实现均质充量压缩过程的自燃着火特性和燃烧特性。在单缸HCCI发动机上，开展了正庚烷、10％～50％乙醇正庚烷燃料在1800r／min下不同负荷时的试验研究。研究表明，在正庚烷中加入30％～40％比例的乙醇，HCCI运行的平均指示压力可以从0．34MPa拓展到0．52MPa，大负荷下的指示热效率达到50％，但低负荷热效率显著降低。由于乙醇较高的辛烷值，随燃料中乙醇比例的增加，低温反应明显推迟，发生低温反应的起始温度相应升高，峰值放热率降低，并且当乙醇比例达到50％以后，观察不到明显的低温反应。由此导致高温着火时刻推迟，燃烧持续时间延长。正庚烷、10％～30％乙醇正庚烷的HC较低，但是乙醇比例达到40％后，HC显著升高。CO排放在平均指示压力0．15～0．25MPa最高，负荷增加后得到改善。在供给相同的循环热量条件下，随乙醇比例增加，最大燃烧压力以及对应时刻、着火时刻都呈现明显的变动。     

摩托车汽油机不平衡力幅值的研究

发动机不平衡力输出是引起摩托车振动的直接原因，对发动机不平衡力的研究是对整车振动研究的基础。它是进行振动模拟计算的边界条件，直接影响到计算结果的正确性。本文不仅推导出各不平衡力随曲柄转角的变化关系，而且着重考察了随转速变化的各不平衡力幅值在频域内的变化趋势，从而使采用省时的频域计算法来模拟计算整车振动成为可能。