OPOC发动机研究综述

本文介绍了OPOC（对置活塞对置气缸）发动机的发展历程、研究方向和发展现状,重点探讨了OPOC发动机的结构特点及优势,与传统发动机相比,双对置二冲程发动机具有扫气质量高,轻质高功率,低油耗,低排放及自平衡性好等诸多优点,在动力性得到提升的同时,有效地改善了二冲程发动机的经济性和排放性。     

双对置二冲程柴油机不同扫气口结构对燃烧过程的影响

压燃式内燃机的燃烧过程主要受喷油策略和缸内气流运动的影响,而对于双对置二冲程柴油机来说,缸内气流运动的强弱主要受扫气口角度的影响。我们利用软件建立了双对置二冲程柴油机的整个工作循环,仿真分析了两种AVL-FIRE不同的扫气口角度对燃烧过程的影响,得出了两种方案在整个工作过程中的p-V曲线。结果表明,增加扫气口角度可在一定程度上加快喷油雾化过程,并使得可燃混合气在缸内分布更加均匀,而燃烧所爆发的压力与温度更大,且爆发相位更接近于活塞上止点位置。     

基于Matlab发动机活塞运动规律分析

论文介绍了发动机活塞的运动规律,在建立动力学模型的基础上,应用Matlab软件编写仿真程序,分析活塞的运动状况对发动机性能的影响,为改进活塞-曲轴系统结构,减少二阶运动磨损,提高发动机整体性能提供了有力参考。     

基于活塞运动规律的自由活塞发动机燃烧放热规律

自由活塞发动机具有异于传统发动机的活塞运动规律,为研究其对自由活塞发动机燃烧放热规律的影响,提出了等效转速变换的概念,将试验示功图反算得到的燃烧放热规律以曲轴转角为计量单位表示,分析了自由活塞发动机与传统发动机放热规律的差异,最后采用三维仿真与试验的结论进行对比.结果表明:自由活塞发动机在压缩行程比传统发动机有较高的运动速度与加速度,这使其在压缩行程有良好的雾化与油气混合效果,预混燃烧量达到80%,;膨胀行程缸内容积变化率较大,缸内压力温度下降较快,因而缓燃期和后燃期持续时间远低于传统柴油机;双韦伯函数拟合的自由活塞内燃发电动力系统(FPEG)放热规律预混合燃烧品质系数和扩散燃烧品质系数分别为3.451和10.24,与传统柴油机相比均偏大;受活塞运动规律的影响,自由活塞发动机与相同缸径的传统发动机相比最高爆发压力较小,出现最高爆发压力的时间较晚,且滞燃期较短.     

对置活塞二冲程汽油机燃烧特性试验

通过对置活塞二冲程缸内直喷汽油机进行原理样机燃烧特性试验,研究了对置活塞运动相位差、扫气压力、点火正时和点火方式等对燃烧过程和整机性能的影响规律.对置活塞二冲程汽油机缸内放热规律试验结果与传统汽油机一致,可分为火焰发展期、快速燃烧期和燃烧后期.对置活塞运动相位差过小会导致缸内扫气效率较低、残余废气量较高,不利于燃烧过程的组织;同时,对置活塞相对运动速度过快会导致内止点过后气缸工作容积变化率较大,缸内压力和温度下降较快.对置活塞运动相位差为15°,CA时,可有效改善扫气过程和燃烧组织.随着转速的升高,需要提高扫气压力,在提高扫气效率的同时增加混合气质量,提高燃烧速率.扫气压力为0.12,MPa时可兼顾中、高转速下缸内扫气过程和燃烧组织.对置活塞采用平顶结构时,需要配合双火花塞对置点火且点火提前角为20°,CA,可保证中、高负荷具有最高的指示热效率.     

对置活塞二冲程汽油机活塞运动相位差的匹配

通过对对置活塞二冲程缸内直喷汽油机的活塞运动规律、扫气过程及缸内工作过程进行数值模拟,研究了对置活塞运动相位差对扫气过程、混合气的形成和燃烧过程及整机性能的影响。研究结果表明:活塞运动相位差影响活塞相对运动规律的同时,直接影响扫气正时和有效压缩比进而影响扫气过程、缸内工作过程和整机性能及对置活塞非对称做功特性。随着活塞运动相位差的增大,扫气效率增大,火焰发展期和快速燃烧期增大,循环指示功先增大后减小,在相位差为15°曲轴转角时达到最大值。综合相位差对扫气和缸内工作过程的影响,在15kW、6 000r/min、全负荷工况时最佳活塞运动相位差为15°曲轴转角。     

对置二冲程柴油机喷油规律曲线对燃烧过程影响的仿真研究

针对对置二冲程柴油机喷油系统与传统柴油机的不同,研究了不同喷油规律曲线形状对发动机燃烧性能的影响,探索适合对置二冲程柴油机燃烧系统的喷油规律。利用AVL-FIRE建立了对置二冲程柴油机缸内过程仿真模型,计算得到了不同喷油规律曲线形状下发动机燃烧性能。分析计算结果表明:矩形喷油规律的滞燃期最短;矩形喷油规律和梯形喷油规律最高燃烧压力点更靠近气缸容积最小点,因此等容度高;梯形喷油规律的缸内最高燃烧压力最大,NO质量分数最高而碳烟质量分数最低。     

双对置柴油机排气歧管CFD仿真与优化设计

双对置发动机具有扫气质量高、低油耗、低排放及自身平衡性好等优点,其中排气系统设计的优劣直接关系到双对置发动机的动力性和经济性。通过CFD软件对发动机排气歧管内的三维流场进行了数值模拟,评估了各支管流量的均匀性,流动是否发生分离,从而判断排气歧管设计是否合理,并对不合理结构进行了优化设计,提高了发动机性能。     

阶梯活塞两冲程发动机

英国 Norton Villers Triumph 公司研制了一种两冲程发动机,简称 SPX 发动机(Ste-pped-Piston Cross Charge),其扫气的特点是具有成对的气缸和阶梯形活塞。每一气缸的大直径活塞是用于对另一气缸的小直径工作活塞上的废气进行扫气。因而就可避免通常二冲程发动机在曲轴箱对进气的预压缩。也就可以用通常的压力润滑代替二冲程发动机常用的     

二冲程汽油机运动件结构参数的回归分析

本文对二冲程汽油机运动件的结构参数进行了数据统计和回归分析。求出各参数与二冲程汽油机活塞排量之间的回归关系,并从中挑选出与原始数据拟合得最好的回归方程,以便为今后新型二冲程机设计计算提供可靠的依据。     

新型对置式8缸柴油机设计方案

对对置式发动机曲柄连杆机构及气缸体进行改进,采用对置活塞固化方法将两个活塞形成一个活塞组合。固定后的活塞组合只用一个曲柄连接传递运动,两头的活塞头部分别在2个气缸内往复运动。活塞固化式多缸机对置的两排气缸相对曲轴完全对称,这种布置使该对置发动机的体积可减小30%左右,零件和重量也相应减小30%左右,同时经济性得到一定的提高。     

Evaluation of performance characteristics of a novel hydrogen-fuelled free-piston engine generator

In this work, we present the experimental results obtained from hydrogen fuelled spark-ignited dual piston free-piston engine generator (FPEG) prototype operated in two-stroke and four-stroke mode. The FPEG testing was successfully conducted at 3.7 compression ratio, engine speed between 5 Hz and 11 Hz and with different equivalence ratios. The FPEG technical details, experimental set-up and operational control are explained in detail. Performance indicators show that both equivalence ratio and engine speed affect the engine operation characteristics. For every set of specified FPEG parameters, appropriate range of equivalence ratio is recommended to prevent unwanted disturbance to electric generator operation. Both two-stroke and four-stroke cycle mode were tested, and the results showed different combustion characteristics with the two thermodynamic cycles. Four-stroke cycle mode could operate with indicated thermal efficiency gain up to 13.2% compared with the two-stroke cycle.     

某V型发电柴油机机油耗高问题分析及改进

针对某V型发电柴油机机油耗过高的情况,采用仿真及试验的手段,确定了机油消耗量大的主要原因,明确了降低活塞温度、优化活塞环组运动、增强控油能力的优化方向。通过优化改进气缸套网纹、活塞内冷油道结构和活塞环组尺寸,优化活塞、活塞环和缸套的配合间隙,增加刮碳环,实现了对活塞环组降温、顺气、控油和及时清除积碳的效果,达到降低柴油机机油耗的目的,改进方案经市场验证效果良好。     

二冲程微型摆式内燃机试验点火系统的设计与实现

详细介绍了一种二冲程微型摆式内燃机点火系统的设计及实现过程，并对试验数据进行了分析。点火系统能够满足二冲程微型摆式内燃机对点火的要求，是确保二冲程微型摆式内燃机正常运行的重要组成部分，同时为样机的试验研究奠定了基础。     

A novel hydrogen engine one litre two stroke delivering top power 110 kW and brake efficiency 36% within the 25 kg total weight constraints

The paper presents a novel design for a viable two stroke hydrogen engine that delivers excellent fuel economy and low emissions within the constraints of today's cost, weight and size. The engine features asymmetrical port timing through a translating and rotating piston mechanism. The engine is externally scavenged and supercharged, has wet sump and oil pressure lubrication, direct injection, it is lightweight, easy to build, with minimal number of parts, low production cost, ability to be balanced and compact design. The two stroke mechanism produces a linear motion of the pistons as well as an elliptical path on the surface of the cylinder. This allows the piston to sweep as well as travel past the ports. The piston has a raised lip around portion of its circumference that communicates with the inlet and exhaust ports through its sweep and linear motion that assist in creating the port's asymmetry to make the exhaust port to open first and to close first. The inlet port opens approximately 23° after the exhaust port opens, and remains open for some 20° after the exhaust port closes. The inlet port remains open to complete the cylinder charging and allow supercharging. The piston generates a perfect sinusoidal motion. Direct fuel injection and jet ignition are adopted for best results over a wide range of speeds and loads. The load is controlled by the quantity of fuel injected and changing the supercharger speed through a continuously variable transmission. This paper includes design details as well as result of engine performance simulations. The engine has better than traditional two stroke engines (1) top brake efficiency in the high 30% range and (2) range of speed and loads where the efficiency is above 30%.     

激光微造型柴油机缸套的试验研究

采用激光微造型加工技术,在某柴油机气缸套工作表面上,加工出规则的交叉网纹型微观形貌.其表面评定参数优于传统平台网纹缸套,网纹沟槽清晰、分布均匀,网纹沟槽的深度和一致性增加,缸套表面平整,增加了承载面积.而装机试验表明,装配激光微造型缸套的柴油机工作正常,各性能参数稳定,缸套和活塞环之间摩擦学性能优于平台网纹珩磨缸套,发动机机油消耗比采用后者时降低了48.1%,活塞漏气量下降了49.2%.     

活塞环-气缸套润滑摩擦研究

活塞环与气缸套间的润滑、摩擦直接影响到内燃机的动力性、经济性和可靠性。在内燃机实际运行过程中，缸内工作过程循环变动及活塞气缸套间动接触导热直接影响到润滑油膜的状态，因而活塞环在缸套中的不同位置时的摩擦、润滑状态各不相同。在传统的活塞环组稳态热混合润滑的基础上，考虑到活塞组一气缸套动接触系统瞬态传热，建立了活塞环组的非稳态热混合润滑、摩擦数理模型及数值方法。运用该方法可模拟出活塞环组润滑、摩擦特性，并可预测出不同瞬时润滑油膜的温度场、压力分布、油膜厚度、摩擦功和摩擦热等重要参数。     

低速二冲程双燃料船用主机气缸润滑油自燃引发不正常燃烧问题的研究

介绍了低速二冲程双燃料船用主机的发展现状,指出气缸润滑油自燃引发不正常燃烧是限制其平均有效压力pme提高的关键因素。研究表明:双燃料主机气缸油自燃引发不正常燃烧的内因有两方面:主机结构特征及工作特性,气缸油破碎、蒸发及自燃特性;而主机工况条件、引燃喷射正时等控制参数、过量空气系数、预混合气均匀度、气缸油消耗率、气缸套表面状况等外因,则是气缸油自燃的触发条件。建议在此基础上开展低速二冲程双燃料船用主机的研发工作。     

四气门发动机缸内空气运动的试验和多维数值模拟计算

在倒拖工况下对一台四气门火花点火式发动机缸内流场进行了试验研究。试验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）,对气缸轴线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,由于从进气门经过排气门流入气缸的气流产生的涡旋逐渐增强,而从进气门侧缸壁直接流入气缸的气流形成的反向涡旋逐渐减弱,最后演变成了单一大尺度的滚动涡流;在压缩过程中后期,滚流经历了发展、衰减、畸变和破碎的过程。为了进一步理解滚流形成、发展及演变过程,对缸内流动过程进行了多维数值模拟计算,计算结果与实测分析结果基本一致     

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.