发动机进气歧管的气动噪声预测方法研究

为更加准确预测发动机进气噪声,发展了采用瞬态边界计算进气歧管流场的方法,并联合声学软件进行声场预测。从一维仿真模型获得可靠的压力和速度边界用于流场计算;采用大涡模拟(LES)和分离涡模拟(DES)两种求解算法模拟歧管内的流场;通过声学有限元方法计算进气口辐射的气动噪声。LES和DES两种方法的流场结果对比表明,DES结果与LES非常接近,同时耗时更少;声场结果与实验结果吻合较好,证明了本文预测方法的准确性;模拟结果和压力边界频谱图的对比分析使空滤器和进气歧管设计更具针对性。     

基于Pro/E及ANSYS Workbench的柴油机油底壳设计

针对一款全新设计的四缸柴油机,计算了油底壳机油容量;采用Pro/E软件建立了油底壳的三维模型,模拟了油底壳内最大及最小机油容量情况,以及最小机油容量时集滤器不存在吸空现象;采用有限元分析软件ANSYS Workbench对油底壳进行了模态分析,提出了提高其低阶频率的3种结构优化措施;经过装机试验,优化后的油底壳满足设计要求,设计方法可靠。     

利用STAR-CD软件分析2气门直喷式柴油机的螺旋气道

简单叙述2气门直喷式柴油机发展现状，针对2气门直喷式柴油机的螺旋进气道的流场以及压力场等运用STAR-CD软件进行模拟并分析。     

集成排气歧管对汽油机动力性能影响的研究

以一台国五发动机为基础设计了4-1和4-2-1两款集成排气歧管,通过一维仿真的方式探究两种形式的集成排气歧管对发动机动力性能的影响。结果表明:采用了集成排气歧管后,转速大于1 600r/min时转矩变化不明显,与原机转矩有2%的波动;但转速低于1 600r/min时,转矩下降较多,其中4-1方案低速下转矩下降更加明显,1 200r/min时转矩下降11.1N·m,比原机下降5.9%。继而以1 200r/min为例探究了低速情况下,采用集成排气歧管造成转矩下降的原因。结果表明,采用了4-2-1与4-1集成排气歧管后,涡轮增压器前压力状态产生差异,影响了增压器效率;气门叠开期期间,由于排气背压增大,导致废气回流增加和缸内残余废气量增加,降低了充量系数。最后通过试验验证,采用了4-1集成排气歧管后的低速转矩确实低于原机,验证了仿真的准确性。     

汽油机横流冷却水套的优化设计研究

针对某小型增压强化三缸汽油机,通过采用挡板结构设计出了新型的横流式冷却水套,以加强对缸盖鼻梁区的冷却。采用三维流动数值模型对初步设计的横流水套结构进行了计算分析,研究发现:整体横流水套的换热效果良好,但是横流冷却水套整体压力损失过大,缸体水套局部流速分布不均匀。针对上述问题,提出了包括增加水套进出水口高度、布置导流结构及调整缸垫水孔和挡水板处水口等水套结构优化方法。改进后的水套整体压力损失减小为40.9kPa,各缸体上部冷却液流速分布更加均匀,从而为新型的横流式冷却水套的设计与应用提供一定的参考。     

发动机振动对排气歧管低周疲劳寿命影响研究

发动机排气歧管在动态热负荷与整机振动载荷耦合作用的恶劣环境中工作,在热负荷单独作用时其部分区域就已经发生塑性变形,而整机振动载荷的耦合作用将使其疲劳失效问题更为严峻。为量化整机振动载荷对排气歧管低周疲劳损伤的影响,以某三缸增压发动机为研究对象,首先,基于流固耦合方法获得了排气歧管在标定工况和怠速工况下内外流场的换热边界,并联合增压器、催化器等部件温度和换热边界对两工况下排气系统的温度场进行计算。然后,根据温度场计算结果,耦合螺栓预紧力的作用,对怠速工况下的弹性应力场以及标定工况下的弹性和弹塑性应力场进行了计算,并基于标定工况下的弹塑性应力场,应用模态瞬态动力学对标定工况下的整机振动载荷作用下的动应力进行分析。最后,依据标定和怠速工况下的弹性应力场、标定工况下的动应力场结果,参照发动机低周疲劳试验标准分别建立了排气歧管常规高温低周疲劳与整机振动-热耦合低周疲劳分析模型,引入Neuber准则对两者的载荷谱进行应力-应变修正后采用主应变法进行疲劳寿命评估。结果表明：排气歧管疲劳破坏风险点主要位于高温拉应力区域,叠加振动载荷会使整体疲劳寿命下降接近25.2%,部分区域下降幅度甚至高达57%。研究结果为排气歧管整机瞬态振动-热耦合低周疲劳寿命预测提供了一定的理论依据和参考。     

基于热机耦合的机体主轴承壁性能数值模拟与实验研究

针对一款2.7 L高增压柴油机,采用有限元方法计算了机体的结构强度,分析了热载荷与机械载荷对机体主轴承壁区域的应变分布影响。设计了发动机台架实验,测取机体主轴承壁面的温度与动态应变,对计算结果进行验证并分析了产生误差的原因。研究结果表明:机体主轴承壁的工作应力由热应力与动载应力两部分组成,在额定工况下,热应力占主导地位。通过对比模拟与实验结果可以发现,基于第3类热载荷边界条件计算得到的壁面温度精度较高,但是该方法精度强烈依赖输入的换热系数精度。基于有限元方法获得的应变模拟值表现出良好的跟随性。有限元方法对最大动载荷模拟精度较高。最大工作应变计算误差主要来自于最大热应力的计算误差。计算模型的拓扑网格结构、测点当地材料属性与换热条件是造成计算误差的3个主要因素。     

EGR对Miller-Otto循环汽油机高负荷工况的影响

高压缩比Miller-Otto循环由于其较高的热效率在汽油机上得到广泛关注,Miller循环基础上采用Otto循环是为保证高负荷工况动力性。而在高压缩比的Otto循环工作区爆震更为突出。文中针对Miller-Otto循环高负荷工况爆震及油耗问题,在不同转速的高负荷工况引入EGR进行对比分析,结果表明:EGR一方面对高负荷工况爆震有明显抑制作用,同时高速工况油耗改善较为明显。EGR=14%时4 000 r/min@1 MPa油耗改善11.56%;另一方面抑制高负荷工况爆震的同时能够提高压缩比,由13提高到13.98,进而提高中低负荷工况Miller循环热效率。     

超高滚流对高热效率汽油机燃烧过程影响研究

以某自然吸气高压缩比直喷汽油机为研究对象,利用一维软件和三维软件对汽油机的工作过程进行了数值模拟,探究了超高滚流进气系统在高热效率燃烧系统中对燃烧性能的趋势性影响。研究中设计了三款不同滚流比气道和四种计算方案,对不同计算方案的瞬态滚流比、瞬态湍动能、缸内速度场、当量比分布、放热率和缸内平均压力等进行了对比分析。研究结果表明:滚流比的大小影响缸内混合气的分布和湍动能的强度,较强的滚流比可以将更多能量保留到上止点附近,提高点火时刻缸内平均湍动能,从而影响缸内燃烧,进而影响发动机的性能;带凹坑的活塞形状设计可以使湍动能在不同滚流比下都保持在相对中心位置,使火花塞处在湍动能较高区域,有利于点火之后火焰的迅速传播;在此燃烧系统中,滚流比增大到一定程度后,缸内的平均压力峰值难再提高,对性能的增益已接近极限,过高的滚流比对发动机性能的提升已无明显作用。     

基于Sehitoglu理论的汽油机缸盖低周疲劳研究

采用基于Sehitoglu理论的数值模拟方法对某小型强化汽油机缸盖的低周疲劳(LCF)问题进行了研究。利用流固耦合方法获得了缸盖温度场,计算了其在温度循环波动状态下的结构应力应变,根据弹塑性有限元分析结果计算缸盖LCF寿命。研究结果表明,危险点机械和氧化损伤率分别为96.47%和3.42%,疲劳寿命结果为7 480次循环,此方法综合考虑了机械、氧化和蠕变损伤对疲劳寿命的影响,能够较为全面地预测缸盖LCF寿命。发动机顺利通过样机可靠性试验,证明了上述方法的有效性。