柴油机螺旋进气道结构设计方法研究

柴油机螺旋进气道有助于缸内混合气的形成,有利于提高燃烧效率和降低排放。为此,分析了柴油机螺旋进气道结构设计的国内外研究现状,对比分析了螺旋进气道传统和现代设计方法,重点分析了螺旋进气道的参数化设计方法。结合气道性能的评估,分析了气道流动性能的数值模拟方法、评价方法、稳流模拟试验方法及瞬时速度场测量方法。分析结果发现,应用气道结构参数定义方法建立的参数化气道模型具有更好的鲁棒性,修改简便灵活,能够方便系统研究螺旋进气道的结构参数对其流动特性的影响和影响机理。该方法将是未来气道结构设计的发展趋势。     

基于多体动力学的连杆强度分析

连杆作为发动机最重要的零部件之一,工作过程中受急剧变化的动载荷影响,容易发生断裂失效,必须具有较高的强度和可靠性。采用多体动力学仿真进行边界条件求解,确定连杆的最大压载荷和最大拉载荷,在此基础上进行静强度计算得到三个工况下的应力分布,计算出危险截面的安全系数。分析结果表明连杆在4000 r/min时承受载荷最大,在此工况下应力集中截面为连杆小头与杆身过渡处、连杆大头与杆身过渡处、油孔及小头孔内部下半部分,最大应力值为641Mpa,在材料许用应力范围内。几个危险截面中安全系数最小为1.34,设计安全,并具有一定的强度储备。     

小波在信号奇异性中的应用

由于信号本身的奇异特性,传统的Fourier在信号奇异性整体表现上具有优势,但是在局部表述上存在不足。利用Lipschitz(Lip)指数和小波变换关系,对信号奇异性作出局部表述。     

连杆的标识对其强度影响研究

某型号发动机连杆在进行样品循环载荷疲劳试验时,在连杆杆身中部产品标识位置处发生断裂。对实验样品进行材料和制造工艺检查,发现无缺陷。运用三维建模软件构建三维实体模型,采用有限元方法进行分析,发现与连杆样件试验标识同样位置处发生了应力集中。在此基础上,研究了标识文字间距、相对杆身表面高度、标识位置三个方案对杆身应力的影响,结果表明:适当增加标识文字之间的间距能降低应力;与凸出标识相比,凹陷的标识可大幅度降低应力;标识位置对应力影响最明显,当标识从杆身中部移到连杆盖外侧,杆身应力集中消失。     

柴油机进气门偏心对进气流动的影响分析

结合气道稳流模拟试验,采用AVL Fire软件建立了螺旋进气道进气流动仿真模型。设计了6个不同进气门偏离气缸中心的偏心率方案,采用计算流体动力学(CFD)三维模拟的方法分析了柴油机进气门偏心对进气流动的影响关系。研究结果表明:进气门在气缸中的位置直接影响进入气缸的气流均匀性和气门盘区域的回流状态。进气门偏心对进气流动的影响呈现一定的规律,随着进气门偏心率的增加,平均流量系数和平均涡流比均先增大后减小,存在最佳位置区域。当偏心率在0.27～0.37时,进气平均流量系数较大;当偏心率在0.27～0.48时,进气平均涡流比较大。     

推迟供油提前角对生物柴油发动机燃烧和排放性能的影响

在直喷式增压柴油机上进行了供油提前角对生物柴油发动机动力性、经济性和排放性能影响的研究。试验结果表明:与柴油相比,推迟供油提前角后生物柴油的动力性下降,燃油经济性恶化,NO_x和烟度排放均有不同程度的降低。推迟供油提前角对生物柴油的喷油压力和滞燃期影响不大,但喷油始点和燃烧始点均迟于柴油。与柴油相比,推迟供油提前角后最高气缸压力下降,放热峰值出现时刻提前,指示热效率降低。燃烧始点与NO_x排放的相关性最大,喷油始点和放热峰值出现时刻也与NO_x排放呈弱相关性。     

非道路柴油机主油道压力优化研究

某车用柴油机改为非道路使用后,额定功率转速从3 600 r/min降为2 400 r/min,这对原机油泵提出了更高要求。应用AMESim软件建立柴油机润滑系统一维仿真模型,仿真分析发现柴油机转速降低后,机油泵主油道压力已不能满足新的工况要求。对该机油泵的额定流量和泄压阀开启压力进行分析和优化,在不改变其他结构参数的基础上,将机油泵最大额定流量和开启压力分别从35.3 L/min和600 kPa调整到50 L/min和500 kPa。仿真分析表明,优化后主油道压力能满足柴油机相关部件润滑要求,且最小油膜厚度满足设计要求;同时还发现机油滤清器和机油冷却器阻力损失越大,主油道压力降低越明显,机油泵出口压力随机油滤清器和冷却器的总阻力升高而变大。     

悬链线型线轴瓦对连杆大头轴承润滑特性的影响

针对柴油机连杆大头轴承润滑不良和摩擦磨损的问题,结合轴承型线的设计理论,建立了悬链型线的数学表达式。运用AVL POWER UNIT搭建连杆柔性多体动力学模型,研究了连杆大头轴承的悬链线型线对其润滑特性的影响。结果表明:当连杆大头轴承采用悬链线型线轴瓦时,随着型线径向变化量的逐步增加,峰值油膜压力先减小后增大,最小油膜厚度先增大后减小,总摩擦功耗先减小后增大。当采用径向变化量为方案4(变化量6 μm)的悬链线型线轴瓦时,最小油膜厚度增加了0.22 μm,峰值油膜压力减少了10.92 MPa,总摩擦功耗减少了0.28 kW,有利于减小轴承的摩擦磨损功耗和改善连杆大头轴承的总体润滑性能。通过曲线拟合分析得到了最小油膜厚度、峰值油膜压力和总摩擦功耗这3个评价参数的函数关系,为连杆大头轴承润滑特性的优化设计提供参考依据。     

柴油机尾气中二氧化氮的测量方法及其排放特性研究

分析了目前柴油机尾气中NO2测量方法及排放特性的现状,并在一台高压共轨增压中冷柴油机上进行了NO2排放试验。试验结果表明化学发光分析仪CLD和紫外分析仪NDUV均可用于柴油机NO2排放的测量,连续再生捕集器CRT的使用增加了柴油机的NO2排放以及NO2占NOx百分比。     

曲轴转速波动对某柴油机正时齿轮系动力学特性的影响

为了研究曲轴转速波动对正时齿轮动力学性能的影响,分别建立曲轴动力学模型与正时齿轮系动力学模型,在测试的基础上,研究了齿轮啮合冲击力随转速波动的变化规律,以及曲轴加装减振器前后的齿轮系冲击力与频域啮合力的变化。研究表明:随着转速的增加,转速的波动幅度增大,齿轮的最大冲击力增大,转速从1 000 r/m到3 000 r/m时,曲轴齿轮所受最大冲击力增大了近5倍。曲轴加装减振器后,各个齿轮冲击力平均减小了60%。曲轴的转速波动是导致该柴油机正时齿轮受到高冲击载荷的主要原因。