基于米勒循环的煤层气发动机部分负荷性能优化

利用GT-POWER软件建立某点燃式预混合煤层气机模型,针对点燃式气体机部分负荷存在节气门节流损失问题,分别在75%,50%,25%负荷时,利用VVT和VVL技术实现米勒循环,减少进气量以实现负荷控制,并与原机纯节气门控制法的发动机的换气过程、经济性能及排放性能对比。研究结果表明,通过进气门早关或晚关均可实现部分或全部替代节气门,从而减少了发动机泵气损失,提高热效率。但是当进气门早关角过大时,由气门升程减小导致的节流损失超过节气门带来的节流损失,导致泵气损失增大;而进气门晚关角过大时,进气推出损失也会导致泵气损失增大。     

排气门开启角度对内燃机换气过程的影响规律研究

应用模拟仿真方法和发动机试验方法,研究了某发动机在高转速外特性工况下,排气门早开角对发动机性能的作用机制和影响规律。计算和试验结果表明:排气门早开角太大虽能减小泵气损失,但同时导致有效膨胀功减小;排气门早开角太小将导致泵气损失大幅增加,对平均有效压力等动力性指标的提升不利。最佳排气门早开角的选取原则为超临界排气结束时刻在排气下止点前10°CA达到。针对原型机进行了排气门早开角的仿真优化。优化后平均有效压力提高1.3%;平均泵气有效压力和排气总损失分别降低35.4%和37%。     

分循环膨胀发动机换气参数影响规律研究

以分循环膨胀发动机（split cycle expansion engine, SCEE）为研究对象开展了膨胀缸换气参数影响规律的研究,为高效率发动机的设计与优化提供指导。结果表明：膨胀缸进气门升程降低使得膨胀缸进气压力增大,同时燃烧缸泵气损失增大,进气门升程由6 mm降到1 mm时,系统指示热效率最多降低5.83%。膨胀缸排气门升程降低将使得高压气罐压力上升,同时膨胀缸压缩过程耗功增加,压缩过程耗功占主导,排气门升程由8 mm降到3 mm时,系统指示热效率最大降低2.80%。膨胀缸排气门关闭角的提前将增大膨胀缸进气压力及膨胀缸入口处压力损失,当膨胀缸排气门关闭角为10°时二者可获得较好折中,系统指示热效率为47.78%。膨胀缸排气门开启角的推迟可以减少由过度膨胀导致的排气门处的倒流现象。     

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。     

小升程凸轮轴发动机HCCI燃烧特性的研究

为了在发动机的低速低负荷区实现均质充量压缩着火（HCCI）燃烧，设计了气门升程小和气门开启持续期短的进、排气门凸轮轴，并将其安装在Ricardo Hydra单缸汽油机上。试验研究了发动机使用理论空燃比混合气时的燃烧情况，结果表明，使用负气门重叠角可以在低速低负荷区实现HCCI燃烧。在HCCI燃烧方式下运行时的平均指示压力（PIMEP）依赖于气门定时和发动机转速。排气门关闭越早，缸内的残余废气量增加，每循环进气量减少，燃烧持续期变长，PIMEP减小，然而泵气损失减小；进气相位对PIMEP的影响小于排气相位的影响；高的发动机转速对燃烧过程的影响类似于排气门早关．     

利用进气CFD分析改善活塞顶温度计算精度

采用试验和仿真分析的方法研究了发动机进气冷却作用对汽油机活塞顶温度分布影响.利用硬度塞测温法在发动机台架试验中测量了活塞顶各部位温度,分析比较了活塞顶进气门侧和排气门侧的温度差异.为了考虑冷空气进入气缸时对活塞顶不同部位冷却作用的不同,进行了发动机进气过程流体动力学计算(CFD),得到了进气过程中活塞顶不同部位的换热量,并将其用于修正活塞顶的热边界条件,在此基础上计算了活塞顶的温度分布,并和试验结果进行了对比分析.结果表明:进气冷却作用使得活塞顶进气门侧的温度明显低于排气门侧;利用进气过程CFD分析结果对活塞顶热边界条件进行修正后提高了计算精度,计算结果能够反映活塞顶进、排气门侧的温度差异.     

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。     

LNG-柴油双燃料增压船用发动机气门重叠期LNG燃料的泄漏分析

针对液化天然气(LNG)-柴油双燃料增压发动机采用AVL-Boost发动机性能仿真计算,分析气门重叠期间LNG燃料通过排气门的泄漏及其影响因素。研究结果表明:气门重叠角是排气门LNG燃料泄漏最重要影响因素,LNG泄漏随着气门重叠角的增大而急剧增加,进气提前角和排气延迟角对LNG泄漏的影响基本相同;LNG泄漏量随着增压比的增加而增加,较高增压比时继续提高增压比会导致LNG泄漏量继续增加,但是LNG百分比泄漏量基本不变;对于增压比为1.8~3.0的LNG-柴油双燃料增压发动机(标定转速为1000r/min,进气提前角为50°CA),排气门LNG燃料泄漏量可以达到全部LNG燃料的1%~5%;适当减小排气门直径是减少LNG泄漏的有效措施。     

气门结构对排气道排气能力的影响

为研究气门结构对发动机排气道排气能力的影响,采用SST k-ω耦合湍流模型进行流场数值仿真,对比分析2种不同气门结构下排气道内气体流动状态,重点研究气门密封处气体流动状态和速度特性;通过气道吹风试验验证流体仿真的准确性。结果表明：仿真与吹风试验结果一致;气门颈部角与气门密封面角的差越小,局部阻力越小,局部损失越低,速度降低越小,排气能力越好。     

等离子喷涂技术在柴油机气门中的应用研究

<正> 1 前言柴油机气门是用来控制柴油机进气和排气,是一种高速往复运动的零件。其工作条件十分恶劣,它同高温燃气接触,温度高达600～800℃。排气门的气门头在排气时要受到高速、炽热的具有化学侵蚀性的气体冲刷,进气门的气门头在进气时又受到冷空气的冷却作用。无论排气门,还是进气门都由于弹簧和惯性而导致对气门座的撞击。绝热发动机中的气门要经受更高的温度,在6105QA绝热机中排气温度升高近50℃,在B6135绝热复合机中排气温度升高近110℃,绝热机中的气门还要求能够起到隔热作用,因此对气门材料的要求更为苛刻。     

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。     

基于气门升程曲线的发动机性能优化

进排气门的开启时刻,对气缸充量有重要的影响。利用进气惯性及进气门迟闭可以有效地增加气缸充量,而较大的迟闭角可能会因为活塞的上移将气体推出气缸,减小气缸充量。同样,排气提前可以有效地降低缸内残余废气,使排气通畅;而较大的排气提前角可能会造成有效功的损失,并导致各缸间进排气干涉,减小气缸充量。采用仿真分析的方法,分析造成发动机扭矩偏低的原因,更改进排气门升程曲线,有效地增加气缸充量,增加发动机动力性。同时通过试验验证,选用最终的实施方案。     

气门间隙对进气门工作可靠性的影响

为解决某船用发动机进气门断裂故障,排查零部件的技术因素、装配过程、强度分析、气门检查等,确定故障原因;采用配气机构动力学仿真和有限元分析验证故障原因,提出改进措施。结果表明：进气门断裂的主要原因为进气门间隙过大,造成进气摇臂与进气门之间的接触力及进气门落座力增大,导致气门锁夹下边缘和阀杆下部应力集中,安全系数下降;气门间隙调整需在气缸位于压缩上止点时进行,并按照发火顺序调节其余各缸气门间隙,提高气门工作的可靠性。     

内燃机气门简介

对于所有往复式四冲程内燃机和直流扫气的二冲程内燃机来说,气门是不可缺少的零件。气门是进气门和排气门的泛称。无论是进气门或排气门在关闭状态必须密封良好,气门的任何细小损坏或漏气均使发动机不能正常工作;如果气门头部掉块或断裂而落入气缸会造成发动机的严重破坏。可见气门虽小,影响却大,所以国内外纷纷从设计、材料、金相、热处理工艺、冷热加工等方面,对气门进行试验研究,不断提高其可靠性和使用寿命。     

气门正时对柴油燃料HCCI燃烧影响的初步实验研究

开发了变进排气正时控制机构,实现气门正时的调节,采用在进气上止点前进行柴油燃料的喷射,利用缸内残余高温废气余热加速燃油蒸发,实现了柴油燃料的HCCI燃烧,同时,研究了不同气门重叠期下HCCI燃烧的燃烧特性,不同负荷的工作稳定性和排放特性,结果表明,对于低温自燃性好的柴油燃料,排气门早关和进气门晚开引起的缸内温度升高比由此引起的残余废气增加对工质的稀释效果更大,使HCCI燃烧的着火始点提前,易引起大负荷工况HCCI燃烧的工作粗暴,但有利于小负荷工况HCCI燃烧的工作稳定性。     

某型天然气发动机气门导管偏磨问题分析及改进

针对某型天然气发动机气门导管偏磨问题进行排查,发现:磨损主要集中在排气门导管,且排气侧排气门导管磨损要明显高于进气侧排气门导管;此外导管顶部磨损主要集中在排气侧,底部磨损主要集中在进气侧。通过变更缸体及气门导管材料,减薄缸盖底部厚度,调整球头结合件的初始倾角,提高了缸盖冷却效率和导管的耐磨性,降低了气门所受侧向推力,气门导管偏磨问题得到解决。     

进气前回流对HCCI汽油机着火时刻的影响

为了实现对着火时刻的调控,在负气门重叠角(NVO)策略下,通过进气门早开,形成不同程度的进气前回流,来调控着火时刻.三维仿真结果表明,进气门开启提前,前回流比例逐渐增大,产生两个主要的作用,一个是散热造成缸内平均温度发生改变,另一个是改变新鲜进气和废气的混合历程,使得缸内温度、废气分布发生变化.当前回流质量分数小于20％时,缸内平均温度的降低使着火时刻推迟.当前回流质量分数大于20％时,温度、废气不均匀度的增加使得着火时刻提前;前回流的存在还使得缸内高温区和高废气区的重合度减小,使缸内形成了利于着火的高温及相对低废气区,促进自燃点的出现,使着火时刻提前.     

可旋气门变相异升程汽油机缸内涡流稳态特性

针对4气门汽油机为获得缸内大尺度涡流减小进气流量的问题,提出可旋气门变相异升程方法,即采用带背脊气门旋转加强涡流,并通过调整进气凸轮相异角改变两个进气门升程差调整涡流.仿真与试验证实,在稳态流动状态下,随着相异角的增加,涡流尺度增加.存在相异角时,在凸轮轴转角小于80°CaA和大于100°CaA的情况下,分别在缸内产生一次较大尺度涡流,且方向相反.研究表明:气门旋转可促进大尺度涡流的产生,可旋气门变相异升程在不减小进气量的情况下可以对缸内涡流运动进行调节,相异角为8°时,涡流比可达0.51,平均流量系数偏差仅为0.9%.     

汽油发动机气缸压缩压力分析

气缸压缩压力是指发动机气缸压缩终了时的压力,气缸压缩压力低是发动机常见的试验现象之一,容易造成发动机动力性下降,经济性恶化,排气污染增加,工作不稳定等后果,使用寿命大大缩短。燃烧室容积、进气量及气缸密封性对气缸压缩压力有直接影响,为满足发动机进气充足,排气干净的要求,实际配气相位要求气门要早开晚关,气缸压缩压力与实际进、排气门全部关闭时刻的有效工作容积及有效压缩比相关,缸压标准值制定的合理性亦对问题分析有很大影响。主要对影响发动机气缸压缩压力的因素进行具体分析,并介绍如何合理制定气缸压缩压力标准数值,对后期试验分析及减小因缸压问题导致的发动机问题提供帮助。     

柴油机进排气门密封失效的原因及防治措施

1.进排气门与气门座磨损的原因 1) 进气门与气门座由于工作时受到空气的冷却,气门温度较低,一般在300～400℃。但是,由于进气门直径较大,在高压气体作用下易发生挠曲,因此密封锥面发生变形,导致气门磨损加剧。若柴油机不安装空气滤清器或使用滤清效果差的空气滤清器,特别是在野外工作时,吸入的空气含有大量