活塞结构参数对敲击能量影响的计算研究

针对内燃机降噪的现实需求,以Ricardo-Pisdyn软件为模拟计算工具,综合考虑活塞接触面粗糙度、活塞和缸套热及弹性变形,建立活塞组件的三维动力学模型,系统性研究了配缸间隙、活塞销偏置以及裙部型线等结构参数对活塞敲击能量的影响规律。结果表明:配缸间隙对活塞敲击能量有明显影响,增大配缸间隙会加剧活塞二阶运动,大幅增加活塞敲击能量;活塞销向主推力面合理偏置,可减小活塞最大敲击能量;增大中凸点高度,可以缩小裙部顶端至中凸点区域与缸套的热态间隙,抑制活塞二阶运动,减小敲击能量;增大裙部顶端间隙或减小裙部型线上指数,都会引起做功行程初期活塞的剧烈敲击;裙部底端间隙和型线下指数对活塞敲击能量的影响较小,增大裙部底端间隙或者减小裙部型线下指数,会导致活塞敲击能量略微增大。     

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。     

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。     

活塞摩擦与敲击特性关键影响参数的优化研究

鉴于活塞摩擦磨损、敲击对发动机综合性能的影响,针对某小型汽油机活塞存在的早期异常磨损现象,通过搭建活塞动力学仿真模型,从敲击、摩擦产生的诸多因素入手,将其影响因子逐一进行研究分析.提出一种利用响应面模型对活塞摩擦与敲击特性关键影响参数进行优化的研究方法,建立了以活塞型线、配缸间隙、活塞销偏置、曲轴偏置为优化设计变量,以...     

活塞销偏置对活塞二次运动的影响

以某柴油机为例子,运用计算机模拟计算方法,将不同的活塞销偏置量进行对比计算,研究对活塞二次运动的影响,从活塞运动的平稳性、活塞对缸壁的敲击力、活塞摆角、活塞与缸套的磨擦损失等方面进行综合性对比,求得比较合理的活塞销偏置方向及其偏置值数据。     

活塞销孔偏置对活塞裙部磨损的影响

基于活塞温度场、热变形、缸套变形等参数建立某柴油机活塞组件数值模拟分析模型,研究活塞销孔偏置对活塞敲击摆动及裙部磨损的影响.结果表明:活塞销孔向主推力侧偏置时,随着偏置距离的增加,最大活塞摆角增大;活塞裙部最大接触压力和最大磨损载荷均出现增大的趋势;销孔偏置为0时最大接触压力最小,为15.45 MPa,销孔向主推力侧偏...     

活塞动力学二阶运动的仿真方法与试验研究

采用多体动力学在时间域内迭代计算活塞、缸套及润滑油膜相互耦合子系统的运动学与动力学方程,在考虑活塞体径向刚度、活塞体及缸套冷热态型面的影响下,得到活塞主、副推力侧实际工况下的热态配缸间隙;动力学仿真方法计算出活塞二阶运动结果,包括:活塞主、副推力面间换向的径向运动和绕活塞销的转动;二阶运动对缸套的动态敲击力作为载荷边界条件施加在有限元模型上,计算出气缸体在活塞敲击下的振动响应;同时,在发动机台架上对气缸体两侧的活塞敲击处布置加速度传感器、以及布置缸内爆压传感器和上止点位置测量得到气缸体结构振动响应,试验结果验证了仿真模型的有效性.     

柴油机铝活塞摩擦磨损的动力学分析

针对某柴油机铝活塞摩擦磨损研究,利用Pisdyn动力学分析软件对活塞的不同裙部壁厚、裙部形线以及销孔偏心的裙部摩擦磨损以及由二阶运动导致的活塞与缸套之间的敲击动能、裙部最大接触压力和累计磨损等进行模拟分析计算。结果表明,该发动机活塞裙部形线对活塞摩擦损失、敲击动能影响最大,销孔偏心和裙部厚度的影响相对较小。     

曲轴偏置和活塞销偏置对发动机摩擦损耗的影响研究

采用发动机气缸压力和活塞轮廓、刚度作为输入条件,运用多体动力学软件对三缸柴油机活塞进行了动力学计算与分析。研究了曲轴偏置和活塞销偏置对发动机摩擦损耗的影响。曲轴最佳偏置量为15 mm。活塞销向主推力侧偏置可减少活塞裙部摩擦损耗,而向次推力侧偏置使活塞裙部摩擦损耗增大。曲轴向主推力侧偏置15 mm,活塞销向主推力侧偏置0.5 mm,活塞裙部摩擦损耗最小,摩擦损耗降低率达8.84%~10.95%。     

活塞裙部流体动力润滑数值分析

对内燃机活塞-缸套系统的流体动力润滑与动力学行为进行了耦合分析,在考虑活塞二阶运动的基础上建立了活塞裙部润滑的数值模型。运用龙格-库塔方法求解二阶运动模型,并采用有限元方法求解裙部润滑的平均雷诺方程。分析了裙部不同型线、活塞销不同偏置的油膜厚度、油膜压力和活塞摆角等二阶运动状况。在润滑油不同粘度以及是否考虑粘压特性条件下,对油膜摩擦力和摩擦功率进行了对比。结果表明,裙部采用中凸椭圆型线,活塞销向主推力侧偏置,可减小二阶运动,改善润滑状态,润滑油粘度对裙部摩擦损失有较大的影响,而粘压特性则对裙部润滑的影响较小。     

发动机活塞销孔偏心对摩擦磨损影响的研究

对不同发动机运转工况及不同销孔偏心进行了发动机试验和活塞动力学模拟对比研究。研究结果表明:柴油机活塞接触压力对偏心量的敏感程度要高于汽油机活塞,小偏心量往往会产生较大的裙部接触压力,而随着偏心量增大,裙部最大接触压力会逐渐减小,但当偏心量增大到一定程度后,裙部最大接触压力反而会有增大趋势;活塞主推力面累积磨损载荷增长主要发生在做功行程前半段,在排气和进气行程几乎没有增加,次推力面累积磨损载荷增长则主要发生在排气行程中间时刻,在进气行程几乎没有增加。销孔中心改变导致活塞质心位置发生了改变,引起了相关性能改变,通过对某汽油机活塞销孔偏心进行优化,活塞裙部主推力侧磨损载荷由27.46MW/m~2变为1.12MW/m~2,降低了近25倍,解决了活塞裙部磨损问题。模拟结果与试验结果十分吻合。     

柴油机活塞参数对机油耗影响的研究

利用AVL Boost软件获得燃气温度、传热系数等热力学数据,采用AVL Excite PistonRings软件建立活塞和活塞环组的动力学仿真模型,通过试验实测柴油机的机油耗验证了模型的准确性。对仿真模型进行数值分析,得出活塞火力岸的刮油和蒸发是缸内机油耗的主要产生因素。通过对配缸间隙、环岸间隙和活塞销偏移量进行数值模拟分析得出最优方案。优化后模拟计算刮油量比原机降低了64.9%,试验实测整机机油耗降低了35.86%。     

裙部型线对活塞裙部混合润滑特性影响的仿真分析

综合考虑了活塞裙部外形轮廓、表面波度、粗糙度、活塞裙部和缸套的热变形以及弹性变形等因素,建立了内燃机活塞裙部混合润滑数学模型,计算分析了工作状态下活塞裙部横向和纵向型线对活塞裙部混合润滑特性的影响.结果表明,裙部横向型线采用上端椭圆度小于下端椭圆度的变椭圆结构较为合适;纵向型线的中凸点位置应偏向裙部下端,以降低裙部摩擦功耗;相对于椭圆和圆曲线型线,纵向抛物线型线具有最小的摩擦功耗.     

活塞裙部型线对活塞系统二阶运动和摩擦功率的影响

从活塞的动力学分析开始,结合流体动力润滑方程,建立了缸套活塞裙部间的润滑模型。该模型采用优化的数值分析方法,使计算程序有较好的收敛性,能计算出整个四冲程范围内的活塞二阶运动和摩擦功率的轨迹。此外,作者将原始的直线型线和国外先进机型的中凸型线输入计算程序中,探讨了其对活塞裙部型面的作用和优劣。结果表明：中凸型线可以使活塞在上行和下行冲程中均能形成双向油楔,这对减小活塞的二阶运动和摩擦功率起了极大的作用     

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。     

活塞裙部的润滑分析及活塞系统2阶运动的研究

基于平均流量型分析了活塞裙部的润滑问题，并且与活塞运动方程结合求解了活塞系统２阶运动的轨迹，探讨了活塞结构参数对２阶运动 的影响，计算和比较了在不同参数下活塞初部的摩擦力。     

汽油机活塞敲缸响的力学分析

从分析活塞的受力状态出发,运用流体动力润滑雷诺方程,求解出作用在活塞裙部的油膜力和力矩。并结合活塞裙部的侧向运动方程,编制了模拟活塞二阶运动的计算程序。运用此程序对CA1091型车用汽油机不同结构参数、不同工况下的活塞裙部上,一端的横向运动轨迹进行了数值求解,得出同了不同间隙条件下活塞对缸壁的最大冲击时刻,最大冲击部位等,分析结果可用于发动机活塞组的结构设计与故障诊断,并能对许多实际故障现象进行合理的理论解释。