发动机低摩擦优化设计及试验

为降低一汽自主开发的发动机摩擦损失,提出一种摩擦学结构优化设计与类金刚石薄膜技术相结合的方法。利用拆除法反拖摩擦试验和台架性能试验,研究了发动机曲柄连杆机构和配气机构主要参数对发动机摩擦损失的影响及发动机摩擦损失对燃油消耗量的影响。试验结果表明,用本文方法可以有效降低发动机摩擦损失,各转速下发动机摩擦损失平均降低17.1%,燃油消耗量平均降低了2.5%。     

Ti掺杂DLC膜对小型转子发动机摩擦损失的影响

在小型转子发动机常用的球墨铸铁材料上沉积Ti掺杂DLC膜。测量该膜在径向密封片工作状态下的摩擦学性能,试验结果表明Ti掺杂DLC膜具有较低的摩擦因数。Ti掺杂DLC膜会提高镀膜区域表面硬度和表面质量。在小型转子发动机气缸上沉积Ti掺杂DLC膜,搭建小型转子发动机性能测试平台,测量倒拖工况和工作状态下小型转子发动机摩擦损失功率和输出功率。结果表明,转速从7 000～17 000 r/min,在倒拖工况下,Ti掺杂DLC膜气缸与径向密封片摩擦损失功率为15～38 W,摩擦损失功率是球墨铸铁气缸的68%。在工作状态下,与球墨铸铁相比,Ti掺杂DLC膜能够提高23～78 W的输出功率,小型转子发动机输出功率提高了24%～43%。     

内燃机凸轮挺柱磨损数值计算方法的研究

凸轮挺柱机构是内燃机的重要零件副之一,其性能的优劣直接影响到内燃机的经济性和可靠性。以凸轮挺柱这时典型的高副机构为研究对象,在Archard磨损计算基础上,考虑了表面形貌对凸轮机构的摩擦磨损的影响,并建立了表面形貌模型。根据凸轮挺柱作用时的实际工况,利用有元（FEA）应用软件对凸轮挺柱进行建模,分析了和计算其在不同接触位置时的表面接触应力。利用C语言编程对磨损量进行计算,最后配以磨损实验加以验证并修正磨损系数,从而建立了内燃机凸轮挺柱在边界润滑状态下的考虑表面形貌摩员的数学模型并提出了计算方法,为工程师们提供了一种用于凸轮挺柱耐磨性设计和预测零件寿命的手段。     

配气机构的多体系统动力学分析

运用多体系统动力学的原理来模拟配气机构的运动学和动力学特性 ,讨论了配气机构多体系统动力学建模和分析的方法 .由于配气机构中的柔体多是细长零件 ,可采用有限段的方法建立其模型 ,其它零件如凸轮、气门头等视为刚体 ,再施加上约束、力和运动激励之后即完成了整个系统模型的建立 .其动力学方程可采用拉格朗日乘子法建立 .作为一个应用实例 ,对云南内燃机股份有限公司生产的 4 10 0QB发动机的配气机构进行了建模分析 ,结果表明该机构的运行情况良好 ,但气门的通过能力以及凸轮 挺柱副的润滑效果有待进一步提高     

发动机配气机构的配气定时研究与应用

针对发动机配气机构设计与分析所提出的工程实践问题,导出了一整套出气门运动规律反求的计算理论,提出了发动机配气机构的配气定时分析的方法,分别对汽车、摩托车发动机配气定时的排气提前角、排气迟闭角、进气提前角、进气迟闭角及相应位置的气门位移和气门重叠角等进行了研究,揭示了中低速和高速发动机配气定时应有的参数特征.     

内燃机凸轮挺柱间油膜厚度的计算方法

根据弹性流体动力润滑理论对内燃机凸轴挺柱间油膜厚度的计算方法和计算公式进行了研究,修正了Holland的计算方法和计算公式,提供了一个能直接反映内燃机配气机构设计参数对凸轮挺柱间油膜厚度影响的计算方法和计算流程图。     

水润滑低摩擦系数陶瓷涂层摩擦副的研究

主要针对水润滑条件下低摩擦系数摩擦副--包括主动副和从动配副的材料和性能进行设计研究.研究了3种复合陶瓷涂层制备的主动副与3种摩擦性能良好的整体材料组配进行摩擦性能试验.通过销-盘磨损试验,测定各组摩擦副的摩擦系数和磨损量;利用SEM等测试技术,观察和分析了磨痕的形貌,重点讨论了陶瓷涂层材料的组分设计及其显微结构,涂层与配副材料在水润滑条件下的摩擦学性能.结果显示:在水润滑下所设计的3种陶瓷涂层所组成的摩擦副具有较低的摩擦系数,能够耐海水侵蚀以及抗微生物附着,是一种海水中使用的理想摩擦组件.     

柴油机配气机构动力学建模与分析

发动机配气机构有限元分析作为基础试验的重要支撑,在现代机械设计中非常必要.以直列四缸柴油机配气机构性能优化设计为研究目标,系统计算与确定柴油机热力学与动力学关键参数.首先采用多体动力学方法建立配气机构动力学模型,计算静应力有限元分析结果,得出零部件动力学模型中的模块参数.然后利用Sharp 3D软件对配气机构进行动力学...     

轴向柱塞泵平面配流副的摩擦转矩特性试验研究

为研究配流机构工况参数对摩擦转矩的影响,根据轴向柱塞泵配流机构的受力特点,给出配流盘与缸体转子之间固体或边界润滑、全空间油膜润滑状态下的摩擦转矩构成及相应的理论计算.在不同油膜厚度、配流副转速下实测配流副的摩擦转矩变化,结合缸体转动周期讨论摩擦转矩变化过程及与配流副磨损形式的对应关系.结果表明,载荷是配流副摩擦转矩变化的根本因素;配流副正常磨损通常表现为配流盘吸油槽与压油槽间的不均匀磨损;油膜厚度对摩擦转矩的影响显著,但并不是单调反比例关系,5 μm的油膜厚度引起近10%的摩擦功率损失.由配流副摩擦转矩的实测及与理论计算的对比,得出配流副摩擦转矩造成的整泵机械功率损失.     

天然气发动机配气凸轮型线的改进设计

利用AEXCITE TIMING DRIVE软件,建立某四气门天然气发动机运动学和动力学模型,对原有发动机配气机构进行性能分析,发现了原机配气机构存在丰满系数小、落座冲击大、接触应力过大、有轻微反跳和飞脱问题.通过改进设计凸轮型线的缓冲段和工作段型线,模拟结果表明,进气门丰满系数从原机的0.56增加到0.58,排气门丰满系数从0.53增加到0.57,增加了发动机的充气性能,同时也解决了气门落座冲击大、反跳问题,减少了凸轮与挺柱间的接触应力.发动机性能试验结果表明,改进设计后的配气机构同时也改善了发动机的动力性能,提高了功率和转矩.     

脉冲真空电弧离子镀沉积类金刚石薄膜的结构和力学性能研究

利用脉冲真空电孤离子镀技术在3Cr13不锈钢上制备了类金刚石(DLC)薄膜．通过Raman光谱分析了膜的结构特征，采用摩擦磨损试验机测试了薄膜在不同载荷下的摩擦系数，运用划痕仪研究了膜基的结合强度．结果表明：所镀制的薄膜具有典型类金刚石结构特征，膜中ID／IG为1．33；摩擦系数随着载荷的增大而减小，载荷为5N，转速120r／min时的摩擦系数为0．02；Ti过渡层的引入显著地提高了膜基结合力．     

AIB用于改进PLD沉积在机械瓣膜上的类金刚石膜的质量

用脉冲激光沉积(PLD)法在热解C制作的人工心脏机械瓣膜上沉积类金刚石(DLC)薄膜,并用3KeV的氩离子轰击(AIB)DLC薄膜。采用拉曼(Raman)光谱和X射线光电子能谱(XPS)分别对AIB前后的DLC薄膜进行检测分析,用光学显微镜观察AIB前后的DLC薄膜表面。实验结果表明:AIB不影响薄膜的黏附性。但是可以在一定程度上导致薄膜微观结构的变化和sp3/sp2比值的提高,可以在薄膜中掺杂微量的Ar元素,可以有效消除薄膜表面吸附的O,但对薄膜中C-O、C=O和COOH的影响较小。因此,离子轰击法可以作为一种改进类金刚石薄膜质量的方法。     

排气道废气再循环策略下实现汽油可控自燃的气门定时区域

在装备有电控液压驱动可变气门机构的单缸机试验系统上,研究了使用排气道废气再循环(EGR)策略实现汽油可控自燃(CAI)时,气门定时对汽油CAI的影响。试验结果表明,在转速1000 r/min、过量空气系数λ为1条件下,采用进气门开启定时不变时(IVO=40°CAATDC)排气门关闭定时,(EVC)在126~176°CA ATDC范围内能够实现汽油CAI;采用EVC定时不变(EVC=146°CA ATDC)时,IVO在28~60°CA ATDC范围内也能够实现汽油CAI。EVC对从排气道吸入的废气的影响要大于IVO。在能实现汽油CAI的气门定时区域内,IVO变化范围仅为45°CA,EVC变化范围可达120°CA。     

Preparation and Characterization of DLC Films by Twinned ECR Microwave Plasma Enhanced CVD for Microelectromechanical Systems （MEMS） Applications

Diamond-like carbon ( DLC ) films have recerntly been pursued as the protection of MEMS against their friction and wear. Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) technique is very attractive to prepare DLC coating for MEMS. This paper describes the preparation of DLC films using twinned electron cyclotron resonance (ECR) microware PECVD process. Raman spectra confirmed the DLC characteristics of the films.Fourier-transform infrared (FT-IR) characterization indicates the carbon is bonded in the form sp^3 and sp^2 with hydrogen partciputiag in bondiag. The surface rougbness of the films is as low as approximately 0.093nm measured with an utomic force microscope. 4 CERT mierotribometer system is employed to obtain information about the scratch resistance ,friction properties, and slidiag wear resistance of the films. The results show the deposited DLC films have low friction and good scratch/wear resistance properties.     

可控自燃模式下负气门重叠策略与废气再吸入策略的对比分析

应用自主开发的电控液压可变配气机构在一台经过改进的单缸发动机上实现了两种EGR策略下的可控自燃着火(CAI),并对两种策略下CAI燃烧的发动机运行参数以及燃烧特征参数进行了研究。研究结果表明:在相同转速1000r/min时,NVO策略下的CAI工作区域比EGRB策略下的工作区域宽广,相位可调整范围较大;EGRB策略下的最大平均有效压力略高于NVO策略;两种策略在整个CAI工作区域内,有效热效率较高,大部分区域内的效率超过了30%,而且NOx排放水平极低;NVO策略下的燃烧始点较提前,燃烧持续期较短。     

Plasma preparation method and tribological properties of diamond-like carbon coating on magnesium alloy AZ31 substrate

Magnesium alloys are light weight and exhibit good recyclability but suffer from low hardness and wear resistance.In this study,the hardness and wear resistance of AZ31 magnesium alloy were improved by depositing diamond-like carbon(DLC)films as hard protective coatings using ion-beam-enhanced deposition with various CH_4/H_2 ratio,gas flow rates and accelerating voltages.The supporting effect of the magnesium alloy was enhanced by the production of a graded interfacial layer which is composed of film atoms and substrate atoms.The composition and mechanical properties of the DLC coatings were characterized using scanning electron microscopy(SEM),Raman spectroscopy,Rockwell test and nano-indentor.The tribological properties of the coating were also investigated using a frictional surface microscope with an in situ observation system and friction force measurements.The DLC films were characterized by a lower intensity ratio of the D-peak to G-peak(I_D/I_G),higher hardness,and improved tribological properties when deposited at a lower accelerating voltage(6 kV).At the CH_4/H_2 ratio of 1:99 and 6 sccm/6 kV,minimum I_D/I_G values of 0.62,relatively low friction force value of 0.12 N,and a maximum hardness of 4056HV were attained respectively.In addition,the DLC film exhibited improved wear resistance and a shallower wear track at this condition.     

改变过渡层碳靶功率在铜上沉积类金刚石膜的研究

类金刚石膜具有硬度高、 摩擦系数低、 耐腐性强、 稳定性高等优点, 是提高铜耐腐性的理想材料, 但铜 与类金刚石膜之间的结合力差。通过制备T i xC y 过渡层, 采用磁控溅射物理气相沉积与化学气相沉积法, 通过改变 过渡层碳靶功率成功在铜基体上沉积类金刚石膜。并对金刚石膜进行拉曼光谱测试、 划痕实验和电化学实验分析。 结果表明, 所制备碳膜具有典型的类金刚石结构, 膜与基体之间的结合强度大, 过渡层碳靶溅射功率为2 0 0W 时所 制备的类金刚石膜对铜基体的保护作用最好。     

高功率密度柴油机配气机构优化设计

针对原有高功率柴油机配气机构丰满系数较大,其他设计参数距离极限值存在较大裕度的状况,对其进行了优化设计.以配气机构的丰满系数与时面值为优化目标,采用分段函数法对配气凸轮型线进行了优化设计.针对配气凸轮各段不同的运行状态提出限制条件,以确定函数形式以及优化系数,最终得到配气凸轮的型线.对优化前后的配气机构进行了动力学以及进气性能分析,结果表明:在约束条件范围内,配气机构动力学性能与进气性能均有了较大的提高.     

Simulations on various lubrication boundaries between diamond-like carbon films

Molecular dynamics (MD) simulations were used to study a sliding friction process between DLC films on various boundary conditions. The experimental results revealed that, in the absence of a lubricant, a transfer film between the DLC films was formed. In contrast, when the oil or water lubricants were added to lubricate between the DLC films, a boundary lubrication layer was found. The friction forces on the water and oil lubrication were almost the same, but the friction force in the absence of a lubricant was larger than those on the water and oil lubrication. The conclusions were in good agreement with the experiments.