某天然气发动机冷热冲击试验分析

天然气发动机热负荷较高,其零部件在机械应力、热应力及交变应力复合作用下失效风险较大,如缸盖的热疲劳、缸垫的密封失效、缸体缸套开裂等。通过标定缸盖排气门之间鼻梁区和进气门之间鼻梁区温度确定冷热工况循环时间,对某天然气发动机进行5 000次的冷热冲击循环试验,试验期间发动机未出现明显故障,发动机功率、扭矩、天然气消耗量、排气温度和漏气量等参数基本无变化;试验前后发动机动力性、经济性参数变化较小,发动机通过了此次冷热冲击试验。     

液化天然气发动机燃料供给系统特性研究

针对CA6SL2发动机,用AMESim软件建立了液化天然气发动机的燃料供给系统仿真模型,并仿真分析了标定工况和低温冷起动工况下,LNG发动机燃料供给系统内天然气的气相比例、温度和冷却液温度的变化规律。研究结果表明:在标定工况下,冷却液入口温度97℃时,LNG汽化器适宜的冷却液流量范围为15～25L/min;应通过冷却系统与汽化器的匹配,控制发动机冷却系统缸盖出口温度低于100℃;LNG发动机低温冷起动(环境温度为-35℃)时,发动机怠速冷却液流量应高于6L/min;原机的冷却系统具有较好的适度冷却功能。     

发动机缸盖跳跃量测量与气缸盖垫片密封性能分析

发动机的最大缸盖跳跃量是影响气缸盖垫片密封性能的关键参数。为此,提出一种在全负荷耐久、冷起动和热冲击工况下最大缸盖跳跃量的实测方法,用于分析气缸盖垫片密封系统的密封性能,以检验气缸盖垫片设计的合理性,为气缸盖垫片的设计提供更加准确可靠的依据。     

基于沸腾模型的内燃机缸盖多场耦合传热

通过车用天然气发动机,建立了包括冷却水腔内流动沸腾传热、气缸盖内固体导热及缸内进排气燃烧在内的多场耦合仿真系统.采用直接耦合算法进行气缸盖固体区域与冷却水腔流体区域流固耦合仿真,采用顺序映射的方式进行缸内燃气区域与流固区域多场耦合仿真.通过CFD软件中UDF功能嵌入合适的单相沸腾传热模型对缸盖水腔内传热进行分析计算,并在此基础上结合试验测量结果,对比分析发动机在不同冷却水温度与不同冷却系统压力下缸盖温度场变化趋势.研究表明:多场耦合仿真系统可以解决缸盖传热边界不易给定的难题,能够更真实准确地描述出缸盖复杂传热过程,且考虑沸腾传热因素后有助于提高在不同冷却条件下缸盖热关键区域温度场的计算精度.     

天然气发动机气缸盖裂纹产生原因分析

针对天然气发动机气缸盖排气孔口产生裂纹这种故障,本文以有限元方法为基础,对某天然气发动机气缸盖建立模型,进行了热-固耦合计算。结果表明正常工作状态下气缸盖温度及压应力最高处发生在排气孔口间"鼻梁处",温度为280℃,压应力为1640MPa。当冷却水侧换热恶化或发动机突加载荷状态下会导致气缸盖工作温度及应力升高,"鼻梁处"温度达到372℃,压应力达到2000MPa,这时气缸盖"鼻梁处"会在高温下产生压塑性变形,导致该处产生裂纹。     

大功率天然气发动机气缸盖热状态试验研究

为了分析内燃机缸盖鼻梁区水腔局部真实的传热状况,以某大功率六缸天然气发动机为研究对象,在不同转速、不同工作负荷、不同冷却水温度和不同冷却水系统压力的工况条件下,对缸盖鼻梁区位置进行定点测温试验,并通过试验数据分析得出其测点位置处水腔壁面的传热状况及缸盖测点温度变化趋势。研究结果表明:在大扭矩高负荷工况条件下,鼻梁区水腔壁面处传热特性曲线非线性关系,基本处于过冷沸腾状态,与小扭矩低负荷下的单相对流传热相比,其传热强度更为剧烈;随着冷却水温度的增加,发动机缸盖测点温度整体提高,但各测点变化大小存在一定差异;提高冷却水系统压力,其测点温度也有明显升高。     

天然气发动机EGR混合器加热仿真与试验研究

为解决天然气发动机的废气再循环(exhaust gas re-circulation, EGR)混合器结冰问题,以K13N天然气发动机的EGR混合器为研究对象,利用ANSYS Fluent软件计算增加水循环加热结构后EGR混合器出口气体的温度、速度及压力分布情况;根据仿真计算结果制作EGR混合器样件,并搭载车辆进行低温环境试验。结果表明：天然气发动机EGR混合器增加水循环加热结构后,发动机在环境温度为-40℃、怠速工况运行时,天然气发动机EGR混合器出口的气体温度可以升高6.5℃;使用带水循环加热结构EGR混合器的车辆,在温度为-25℃的低温环境中进行长怠速工况、长下坡工况、综合工况试验后,天然气发动机EGR混合器均未结冰,发动机工作正常;仿真计算结果与试验结果基本吻合,带水循环加热结构的天然气发动机EGR混合器可有效解决国六天然气发动机EGR混合器结冰问题。该研究对解决天然气发动机EGR混合器结冰问题具有一定的参考价值。     

小型航空活塞发动机起飞工况冷却水道流场及冷却特性分析

发动机缸盖冷却的研究对于提高发动机工作可靠性和发动机综合性能具有重要的意义。根据某型小型航空活塞发动机研发的需要,利用CFX软件对发动机起飞工况下冷却水道流场及其冷却特性进行了仿真研究,分析了缸内极端高温时冷却水道和缸盖的安全区域,对不同海拔高度标准环境温度起飞工况下冷却水道流场及冷却特性进行了分析。研究结果表明,该型航空活塞发动机缸盖冷却水道的设计基本能够满足发动机的冷却要求,但缸盖冷却水道的结构还有进一步改进空间。     

发动机水流分布试验研究

气缸盖内冷却水的合理分布,有利于降低气缸盖内热负荷,改善各缸工作均匀性以及缸盖可靠性,提升冷却系统效率.进行气缸盖上水孔水流分布的试验研究,也可为气缸盖内冷却水流动数值模拟提供边界务件或者流场的试验验证.本文通过压差法,基于皮托管原理,实现了对某柴油机气缸盖每缸各上水孔冷却水流量的测量,分析了发动机各缸冷却水流量分布均...     

某柴油机缸盖热负荷的流固耦合计算分析研究

分别建立了柴油机缸盖和冷却水道模型,在Workbench的环境下,运用CFD与FEA耦合计算的方法,对额定工况下的缸盖温度场进行计算分析。计算结果表明:缸盖的最高温度为602K;耦合计算的方法更符合柴油机的实际传热情况;在柴油机额定工况下,冷却水的冷却情况以及缸盖的最高温度符合要求。经硬度塞测试数据对比可知:仿真结果真实可信,可以为柴油机热负荷分析和柴油机改进设计提供理论指导和依据。     

排气歧管热应力模拟计算及缸盖边界条件影响的分析

针对某型号柴油机在热冲击试验过程中排气歧管出现裂纹的问题,利用软件仿真技术进行了排气歧管的热应力模拟计算,分析了产生裂纹的原因。探讨了缸盖建模方法及缸盖设定温度对排气歧管热应力计算的影响。计算结果表明,缸盖限制了排气歧管的自由变形,在排气歧管裂纹出现部位产生较大的应力;在发动机冷热冲击试验时,排气歧管温度的变化造成热应力随之发生变化,导致排气歧管因热疲劳产生裂纹失效;采用简化的缸盖模型与完整缸盖模型所得的排气歧管热应力分布趋势一致,可用于排气歧管的热应力计算。     

热循环工况下的发动机气缸盖垫片密封性能研究

针对气缸盖垫片在热循环试验中易发生泄漏及密封筋开裂的问题,讨论了气缸盖垫片的密封机理及泄漏模式;建立了缸体、缸盖、缸盖螺栓和气缸盖垫片的网格化模型,采用有限元分析方法计算了热循环工况下的气缸盖垫片最小线密封力和最大跳跃量,指出了不同的气缸盖垫片支撑结构高度、缸体法兰面结构、辅助螺栓数量及布置对气缸盖垫片密封性能的影响。     

150单缸机试验台冷却系统流动与传热计算分析

基于Flowmaster软件建立了150单缸柴油机试验台冷却系统流动与传热模型,并在某大功率发动机上进行了验证。在此基础上分析得到了冷却水温度和流量、气缸套和气缸盖温度变化对冷却水总传热流量的影响规律,以及管道尺寸、壁面粗糙度、冷却水流量对冷却水流动总阻力的影响规律。     

典型工况下的稀燃天然气发动机燃烧循环变动研究

通过分别记录稀燃天然气发动机在怠速、低速大负荷及高速大负荷工况下的缸内压力数据,提取并计算各工况下缸内燃烧特征参数的循环变动率,进而研究各工况下稀燃天然气发动机燃烧循环变动的特性。结果表明:在怠速工况下,天然气发动机燃用稀混和气时,燃烧循环变动十分明显;与低速大负荷工况相比,稀燃天然气发动机在高速大负荷工况下的平均指示压力燃烧循环变动系数上升了一倍。     

基于有限元分析的发动机缸盖温度场模拟分析

为获得某天然气发动机比较精确的缸盖温度场,采用边界单向映射的方法将获得的冷却水侧和燃气侧的热边界映射至缸盖固体网格上,根据经验通过赋予机油侧和外围边界处的热边界,建立缸盖计算的有限元模型.对模型进行传热计算,获得该天然气发动机缸盖的最终温度场结果,将计算结果同发动机试验结果对比,最大误差为9.3％,满足工程要求.通过水套CFD分析和缸内流动燃烧分析能较准确地得到缸盖温度场分布,为后续缸盖强度及热疲劳分析提供有效热载荷.     

某四缸发动机缸盖裂纹分析与解决

某发动机经过600 h交变负荷试验后,气缸盖鼻梁区出现裂纹。主要对缸盖的断口、材料、铸造工艺、冷却等4个方面进行分析。经分析发现缸盖产生裂纹的主要原因为铸造工艺问题导致的金相变质和硬度不达标,缸盖内部严重积瘤,从而导致火花塞周围冷却水通道截面减小,缸盖冷却不足,缸盖内部温度偏高,热负荷偏高。通过改进铸造工艺和缸盖水套圆角结构优化,提高了缸盖自身的机械性能和水套的冷却能力,进而使缸盖的抗热负荷能力提高;经过对优化后的缸盖进行试验验证,优化后的缸盖在600 h交变负荷后未出现裂纹,达到了试验需求。     

天然气发动机怠速控制的研究

本文采用步进电机式怠速控制阀对一台天然气发动机进行怠速控制,采用THB6128芯片控制步进电机,设计了怠速及过渡过程的控制策略。实验结果表明:通过对步进电机开环控制可使发动机从暖机工况快速平滑地过渡到怠速工况;通过闭环控制可使怠速转速最低稳定在550～600r/min;急减速时发动机可以平滑进入怠速工况。     

天然气发动机怠速控制的研究

本文采用步进电机式怠速控制阀对一台天然气发动机进行怠速控制,采用THB6128芯片控制步进电机,设计了怠速及过渡过程的控制策略。实验结果表明：通过对步进电机开环控制可使发动机从暖机工况快速平滑地过渡到怠速工况;通过闭环控制可使怠速转速最低稳定在550～600r/min;急减速时发动机可以平滑进入怠速工况。     

某汽油机过渡工况气缸盖温度场数值模拟计算

应用ANSYS有限元分析软件,建立了某汽油机气缸盖三维有限元分析模型,计算了过渡工况过程中气缸盖温度变化历程。计算结果显示:该汽油机在起动工况气缸盖温度变化最剧烈,突减工况温度变化最缓慢;起动工况气缸盖温度达到稳定时间最短;在起动工况气缸盖燃烧室凹坑内壁面温度变化率要大于燃烧室凹坑外同其相似位置。     

温度对气缸盖应力分布影响的研究

采用有限元法，在气缸盖稳态温度场计算的基础上，重点研究了以下几个问题：1）不考虑材料特性变化时气缸盖的温度应力分布规律；2）高温下，材料特性的变化对温度应力、机械应力、综合应力分布的影响规律。得到的结论有利于提高人们对气缸盖强度可靠性的认识。中建模及计算采用了SDRC公司的I－DEAS软件。