气门弹簧断裂的影响因素及原因分析

某发动机运转初期,突然发生异响,拆解发动机发现气门弹簧和气门断裂。分别对气门、气门弹簧进行材质分析,检测结果正常。通过对气门弹簧外观观察,气门弹簧工作时内外表面、不同螺旋角和压缩l,变形时的切应力分析,从而得出弹簧表面擦伤导致气门弹簧断裂,气门进气缸内撞击导致异晌及气门变形、断裂的结论。     

双燃料发动机天然气逃逸的仿真研究

以Z6170型柴油机改造后的进气总管喷射进气柴油/LNG双燃料发动机为研究对象,在Fluent软件环境中,运用动网格技术模拟气门重叠期天然气逃逸过程,定量分析转速、进气提前角和排气迟闭角对双燃料发动机气门重叠期天然气逃逸的影响。仿真结果表明:进气总管喷射进气双燃料发动机气门重叠期存在天然气逃逸现象;在其他条件相同的情况下,发动机转速升高,一个工作循环内气门重叠期CH_4逃逸量减少;气门重叠角大小对气门重叠期CH_4逃逸的影响最大,特别是进气提前角影响尤为突出。     

可变气门升程下汽油机缸内气体流动特性的研究

在一台4气门可视化光学发动机上,研究了可变气门升程下缸内气体流动特性.研究结果表明:发动机采用不同气门升程,在不同转速下,数值模拟的缸内流场分布与采用激光粒子图像技术测试而获得气流速度场结果吻合良好.发动机在采用最大气门升程为1.7 mm的低气门升程型线下可以产生较强的湍流,尤其在进气行程,其湍流强度是发动机采用最大气门升程为6.8 mm大气门升程曲线时的两倍.进气初期气门阀座处气流速度最高,且随气门升程的降低和转速的提高,气门阀座处气流的速度都有大幅上升;最大气门升程为1.7 mm,发动机转速为960 r/min时,气门阀座处最大速度达到了140 m/s.在低气门升程下,压缩终了的湍动能最大值较高,且湍动能分布更加均匀.     

可变气门正时标定在气门正时设计中的作用

以一款2. 0 L增压直喷双可变气门正时(VVT)汽油机为研究对象,在一定的工况区域进行发动机台架试验,标定VVT。试验结果表明,41%工况的进气VVT处于极限开启位置,将进气开启定时再提前,可以进一步降低燃油耗。为此,对进气气门正时进行错齿改造并试验,验证新增的进气VVT角度可以使发动机获得更好的经济性表现。试验结果表明,错齿改造使发动机燃油耗降低,说明VVT的标定结果可以对气门正时设计提出改进意见。     

气门间隙对发动机性能的影响研究

某四缸自然吸气汽油发动机怠速时燃烧不稳定,经热力学性能仿真计算发现怠速时气门重叠角偏大,导致残余废气率较高,从而引起燃烧不稳定及循环变动大。可通过调整进气凸轮轴安装相位或增大气门间隙来推迟进气门开启时刻,减小气门重叠角。本文对加大气门间隙方案做换气过程分析计算,加大气门间隙,气门重叠角减小。在低速时,小的气门重叠角有利于减小废气倒流,提高进气量;但在高速时进气惯性大,由于加大气门间隙,减小了进气迟闭角,造成高速时进气量减小。试验结果验证仿真分析的正确性。试验结果表明,减小气门重叠角可显著改善怠速工况的循环变动和排放,中低速工况的扭矩也有所提升,但高速段功率稍有下降。     

答读者问

问:气门头部直径和气门升程是如何决定的?答:进气门和排气门的头部直径及气门升程直接影响发动机的进气和功率。下面以发动机的容积效率和充量系数为基础,从如何保证燃烧所需新鲜气体的绝对量和流入量来讨论气门头部直径和气门升程。     

气门重叠角度对内燃机换气过程的影响规律研究

结合模拟仿真和试验方法,对气门重叠角在某发动机较高转速外特性工况点下对发动机性能的影响规律和作用机制进行了研究。分析可知,排气门晚关角过小将导致进气初期发生倒流且使得排气末期流动损失加剧,而排气门晚关角过大将使排气末期的废气倒流加剧且使得进气初期的进气不畅;进气门早开角过小将使得进气初期的正向流动损失加剧且使得排气末期发生倒流,而进气门早开角过大将使得进气初期发生倒流。研究结果表明:最佳排气门晚关角和进气门早开角的选取原则分别为总排气量最大和进气开启流速为零,根据优化结果指导加工出配气凸轮轴并在发动机台架上进行试验,功率、扭矩等动力性指标提高约2%,充量系数和循环进气量提高约5%,证明了仿真计算方法的准确性和有效性。     

VVT对发动机性能影响的试验研究

研究了VVT对发动机充量系数、燃烧、动力性和排放的影响。试验结果表明:充量系数随着气门重叠角的增大而增大,缸内气流运动影响最佳燃烧对应的气门重叠角,进气VVT主要影响发动机的动力性,合适的进气VVT能够使扭矩提高11.6%,而排气VVT则影响发动机的排放,随着排气VVT的提前,NOx下降36%。     

进气VVT技术对汽油机及整车THC排放性能影响

研究了发动机进气可变气门正时(VVT)技术对某自然吸气汽油机总碳氢(THC)排放性能的影响,并在匹配某增压直喷汽油机的整车上进行车辆启动阶段进气VVT控制策略的优化,发动机台架试验结果表明,使用进气VVT技术可以降低发动机THC排放,但会导致燃烧稳定性恶化,整车转毂试验结果表明,在车辆启动阶段通过对进气VVT开启角度及开启时间的优化,可以有效降低新欧洲标准行驶循环(NEDC)整车的THC排放。     

四气门天然气发动机缸内瞬态流场数值模拟

采用K-ε双方程模型对四气门天然气发动机进气道及缸内的瞬态流场进行数值模拟,模拟了发动机进气、压缩及燃烧过程。结果表明：四气门发动机缸内涡流由外向内形成;缸内平均湍动能强度在进气冲程中总体呈先增大后减小的趋势,压缩冲程中耗散作用使湍动能降低,但挤流作用使气缸中部的湍动能升高;进气过程中存在流动分层,为改善小负荷时发动机性能,天然气应尽可能在进气冲程中、后期进入气缸;缸内涡流中心的位置和气流速度梯度对火焰径向传播的均匀性有很大影响。     

YC某柴油机各缸EGR率均匀分布性研究

以玉柴某带EGR系统的柴油机为研究对象,建立了该发动机性能数值模拟的Boost分析模型;计算得到进气总管入口、EGR管出口和进气歧管出口的气体流量,再用Fire软件对气道内三维流场进行了数值计算;对比分析了不同EGR管引入角、不同EGR位置及结构对各缸EGR分配均匀性的影响。研究结果为EGR管最佳布置方案的确定提供了理论依据。     

排气门二次开启影响汽油CAI燃烧的数值模拟

基于装置了电控液压无凸轮轴气门机构的单缸发动机,使用一维发动机循环模拟软件GT-Power与CHEMKIN软件,建立了汽油CAI发动机内部EGR的循环模拟模型。通过模拟计算,分析了排气门二次开启对内部EGR率的影响规律。模拟结果表明：当排气门二次开启角度单独变化时,随着排气门二次开启角度增大,EGR率先增加后减小。当进气门关闭角单独变化时,EGR率随着进气门关闭角的提前,呈先减小后增加的趋势。联合使用以上两种策略,可以将实现CAI燃烧的EGR范围扩大。研究结果也表明,适量的EGR有利于CAI燃烧的实现,过低或过高都将导致失火,在不同的转速下EGR率的分布也不相同。     

某型柴油机阀桥导柱失效分析及改进

针对某型柴油机在首次动车试验时发生阀桥导柱与阀桥咬死故障,对进气阀桥-阀桥导柱进行拆检,并从设计、加工与装配等3方面进行分析.结果表明:该组件在设计时,阀桥-阀桥导柱的材料匹配不理想,润滑结构设计不合理,配合间隙偏小是造成本次故障的原因.据此进行改进.改进后的阀桥导柱经实机试验验证,未再发生任何故障.改进措施有效.     

可变进气门升程对汽油机泵气损失的控制及对燃烧过程的影响

为了降低汽油机部分负荷泵气损失,改善燃油经济性,在自主开发的进排气门升程和相位全可变的4VVAS(4 variable valve actuation system)单缸汽油机上开展了可变进气门升程控制负荷的试验研究,研究了进气门升程对进气量和负荷的控制作用以及进气门升程控制对泵气损失以及燃烧过程的影响,比较分析了采用可变进气门升程对汽油机性能的影响.研究结果表明.保持节气门全开,通过采用进气门升程调整的负荷控制方式,与节气门控制负荷方式相比,部分负荷的泵气损失可以降低20%～30%,指示燃油消耗率降低3%～12%,中低转速下机械损失也有所降低.但是燃烧过程持续期会变长,影响了燃油经济性的进一步改善.     

基于可变气门定时策略的HCCI汽油机试验研究

在电控气口喷射四冲程单缸试验机上,利用特殊设计的小包角配气凸轮,通过负气门重叠角实现了由内部残余废气控制的汽油HCCI燃烧,详细研究了气门定时参数对HCCI燃烧的影响.结果表明,就进排气门定时比较而言,排气门关闭时刻对内部EGR率和负荷的影响更大,而进气门开启时刻对HCCI燃烧的影响相对较小.在进排气门相位对称条件下,随着气门重叠负角的减小,最大压力升高率增加,着火时刻提前,负荷也增大.随着转速的增加,内部EGR率增加,排气温度升高,着火时刻也提前.通过调整气门定时,在不需要进气加热的条件下,可在转速880～4 000 r/min,负荷0.25～0.75 MPa（pIMEP）的范围实现HCCI燃烧.     

BFM1015柴油机气缸盖的改进设计和试验研究

建立了BFM1015柴油机气缸盖进气道和冷却水腔的改进设计模型,对进气道的流通特性进行了试验对比和冷却水腔的流场分析对比,完成了气缸盖改进模型的砂芯快速成型和铸造加工。在单缸柴油机试验台上对改进设计的新气缸盖进行了试验研究并和原气缸盖的试验结果进行了对比分析。结果表明:安装新气缸盖的单缸柴油机在高转速时燃油消耗率比安装原气缸盖时明显降低,降幅最高达到7g/(kW.h);在相同负荷下,新气缸盖火力面的温度比原气缸盖显著下降,在排气门鼻梁区温度下降最明显,最高下降61.8K;新气缸盖的传热能力比原气缸盖提高约50%。     

增压柴油机实现废气再循环（EGR）系统的模拟计算研究

研究了涡轮增压柴油机使用废气再循环（EGR）面临如何在高负荷时以较低的成本和副作用获得降低NOx排放所要求的再循环废气量,提出了利用进排气压力波动实现涡轮增压柴油机废气再循环的单向阀、旋转阀和EGR短管3种EGR系统。模拟计算结构表明,采用上述3种EGR系统在高负荷甚至全负荷时,都可获得较大的EGR量。     

高压中冷EGR对直喷增压发动机油耗影响的试验研究

基于某一直喷增压发动机,研究了EGR对发动机小负荷油耗的影响。结果表明：在改善油耗方面,原发动机使用进气门晚关策略优于使用内部EGR策略;在低转速小负荷工作区域,外部中冷EGR对油耗的贡献主要来自于降低了泵气功,但是过多的EGR气体引入容易导致燃烧不稳;使用高压EGR时,最佳的进排气VVT角度与无EGR时相同。     

基于CAE和单缸机试验的大功率发动机整机性能开发

为减少研发成本、缩短开发周期,采用CAE和单缸机试验相结合的整机开发技术进行大功率发动机的整机性能开发.首先对整机进行热力学计算,初步确定配气定时和增压匹配方案.在此基础上建立单缸机计算模型以及单缸机试验台进行开发试验,在单缸机上完成了供油系统以及燃烧室结构的优化,并根据单缸机实测的数据对计算模型进行修正和标定,进而可以更为准确地指导整机的性能开发.在介绍这一研制开发方法和装置的基础上,重点介绍采用其进行的大功率柴油机进、排气系统的设计开发和参数优化工作.     

四气门发动机气缸内气流运动的LDA试验研究

在倒托工况下对四气门发动机气缸内流场进行了实验研究和分析。试验工作是在一台经过改造后的四气门发动机上进行的。采用加长活塞结构及透明活塞顶,利用激光多普勒测速仪（LDA）,分别对气缸轴线以及燃烧 内和气缸上部两条水平直线上的速度分布进行了测量,结果表明：在进气过程中,气缸内产生了双涡结构;在压缩过程初期,由于从进气门流向排气门侧的滚动涡旋逐渐增强,而另一侧的反向涡旋逐渐减弱,形成了单一大尺度的滚动涡流;在压缩过程中后期,滚流经历了加强、衰减、变形和破碎的过程。