柴油机活塞缸套摩擦副润滑和多柔体动力学耦合特性

为研究四冲程车用柴油机活塞-缸套摩擦副的动力学及润滑特性,提出了一种新的活塞-缸套摩擦动力学耦合模型.模型中采用绝对节点坐标公式(ANCF)描述活塞-连杆-曲轴多柔体动力系统,采用平均雷诺方程和微凸体接触理论描述混合润滑模型,基于商用软件结合二次开发程序实现仿真计算.对活塞缸套摩擦副的润滑动力学计算分析表明,由于缸内压力和活塞敲击作用,缸套会产生最大值为23.6μm的瞬时变形.与刚体模型相比,考虑部件的弹性变形不仅会使活塞横向位移增加40%,还会使得活塞润滑域出现油膜压力的局部集中.另外,柔体模型的循环平均功耗更小,与刚体模型相比相差17.7%.

柴油/天然气/氢气三燃料化学动力学机理的构建

为探究柴油、天然气、氢气3种燃料在发动机缸内的燃烧过程,构建了含120种组分、612步基元反应的柴油/天然气/氢气(DNH)三燃料机理。对DNH机理进行点火延迟敏感性分析、反应路径分析,调整关键反应指前因子,利用Chemkin验证DNH机理的点火延迟期和层流火焰速度,同时通过计算流体动力学耦合DNH动力学反应机理的方法,对发动机缸内纯柴油、柴油/天然气、柴油/天然气/氢气3种燃烧模式进行验证。结果表明:基于高碳数多组分柴油模型构建的DNH机理,其预测结果与点火延迟期、层流火焰速度试验数据均能良好吻合;计算流体动力学耦合DNH机理的计算结果与实验测量得到的发动机缸内压力和放热率变化一致,DNH机理适用于预测柴油/天然气/氢气三燃料发动机的缸内燃烧过程。

平行整合理论模型与实践——基于潍柴动力的案例分析

提升自主创新能力、突破关键核心技术是关系我国发展全局的重大问题。文章针对潍柴动力“重型动力总成系统”的创新突破,构建了基于核心技术竞争优势的“平行整合”理论模型:以具有竞争优势的“发动机”核心技术为基础,对同级、异质、互补、关键的“车桥”“变速箱”技术进行整合,通过高效的技术整合机制设计实现了重型动力总成系统的创新突破。文章从整合前提与基础、整合对象选择、整合机制设计三个维度揭示潍柴动力通过技术并购整合实现技术创新突破的机制,丰富了基于技术并购的系统整合与创新理论,可为我国企业实现关键核心技术创新与突破提供理论基础和经验借鉴。

含润滑移动载荷系统的三维动力学分析

含润滑的移动载荷系统在实际工程中十分常见,而这种系统的动力学特性研究却鲜有报道。因此,提出一种三维润滑振动耦合动力学模型,用于分析含润滑移动载荷系统在激励下的结构振动响应。三维润滑振动耦合模型分别由润滑模型和多柔体动力学模型组成,通过将两模型计算结果相互传递来实现耦合,并通过迭代算法求解。此外,设计并制造相应实验装置。通过将根据模型计算和实验测量得到的结构在激励下的振动响应进行对比,以验证模型的准确性。对比结果显示:采用该模型能够准确预测结构的阻尼振动周期与振幅衰减时间,振动幅值相差不超过2.22 dB,可以满足工程精度要求。最后,利用三维润滑振动耦合模型分析移动载荷速度对结构振动的影响,结果表明:随着载荷移动速度增加,结构阻尼振动最大加速度幅值基本不变,但阻尼振动衰减时间大幅减小。

融合主动减振的增程混动系统动力域控制器开发

针对增程混动系统的扭转振动问题,开发了一种基于多核单片机的动力域控制器,集成了整车控制、APU系统控制、发动机控制和电机控制的软硬件,在多核任务分配和核间协调的基础上,通过电机相位和发动机相位同步算法,利用矩形波进行扭矩补偿,实现了主动减振功能。试验结果表明:利用该控制器,恒转速倒拖工况发动机转速波动范围可以减少79.7%;倒拖起动工况和自由停机工况共振时,第一阶次频率分量的幅值降幅约42.9%。

重型柴油车实际道路氮氧化物和碳排放研究

通过对20辆国五及国六重型柴油车排放远程监控数据分析,分别使用3B-MAW方法、总行程平均法以及功基窗口法对数据进行分析,获取了重型柴油车在实际道路上的NO_(x)和CO_(2)排放特征.数据分析结果表明国六重型柴油车实际道路NO_(x)排放显著低于国五重型柴油车,且二者在中/高负荷工况下的NO_(x)排放相比低负荷时亦有明显降低.但国六重型柴油车的CO_(2)排放却比国五重型柴油车高出10%左右,应引起广泛重视.按窗口功率比大小进行NO_(x)排放分析的3B-MAW方法,既能考虑到重型柴油车道路排放特点,又能兼顾SCR催化剂对NO_(x)排放控制的技术特点,适合用于进行重型柴油车排放远程监控数据评价分析.

柴油机气缸套空化现象与空蚀机理分析

针对柴油机气缸套在工作过程中因冷却液的空化发生空蚀现象,文中在对单缸冷却水套进行空化流动数值模拟的基础上,结合近壁面多空泡溃灭过程的仿真,从宏观和介观上研究了柴油机气缸套的空化现象和空蚀机理.首先,基于单缸冷却水套的模拟发现,缸套壁面的振动导致冷却液发生空化现象,生成大量空化气泡.然后,模拟了近壁面空泡的溃灭过程,并分析了空泡间距、空泡数量等因素对多空泡溃灭的影响.结果表明:空泡间距越小,溃灭时间越长,当泡心间距从0.050 mm减小至0.025 mm时,近壁面空泡的溃灭压力增大49.82%,产生的微射流速度增大10.56%;增加空泡数量,溃灭压力呈先增后减的趋势,当空泡数量由2个增至10个,微射流的速度增大44.93%.研究表明,空泡溃灭产生的微射流具有较高的水锤压力,该压力作用于缸套壁面,造成腐蚀破坏,是缸套发生空蚀的根本原因.

基于变分模态分解的多缸柴油机缸套振动差异分析

多缸柴油机缸套振动噪声响应的差异导致缸套润滑、磨损及穴蚀现象不同,引起缸套可靠性差异并缩短整机使用寿命,研究差异的产生原因有助于柴油机的维护与设计优化。内燃机振动噪声的主要来源是燃烧冲击与活塞二阶运动引起的缸套敲击,而多缸柴油机缸套振动噪声的差异主要来源于活塞敲缸。以某重型六缸柴油机为研究对象,基于变分模态分解技术对多缸振动响应差异开展了溯源分析。建立了活塞敲缸动力学计算模型并通过试验验证了参数设置的合理性,通过变分模态分解从振动响应中提取了主要频率成分与相关模态。结果表明:多缸柴油机各缸振动幅值分布趋势一致,缸套中上部的振动最剧烈;各缸振动差异与机体模态特性有关,缸套间振动差异与机体第7阶模态振型趋势一致,体现为第6缸振动最强,第2缸振动最弱。

重型柴油车实际道路NO_(x)排放分析方法研究

利用PEMS对6辆典型国六重型柴油车开展实际道路排放测试,基于功基窗口法(中国和欧盟)、NTE法(美国EPA)和3B-MAW法(美国CARB)研究了重型柴油车实际道路NO_(x)排放特性,探讨了不同分析方法的特点及适用性。结果表明:基于功基窗口法的NO_(x)排放结果符合中国和欧盟的监管要求,但基于NTE法和3B-MAW法的NO_(x)排放合规性具有不确定性。NO_(x)排放数据利用率低导致NTE法无法有效分析实际道路NO_(x)排放,3B-MAW法对NO_(x)排放分类管理值得借鉴。冷起动NO_(x)排放占PEMS试验的47.3%~80.7%,重型柴油车冷起动NO_(x)排放应被重视。然而目前中国、欧盟和美国的重型车实际道路NO_(x)排放分析方法均无法有效评估冷起动NO_(x)排放。因此,下阶段排放法规对冷起动NO_(x)排放的监管应当提出相应测试循环、分析方法和排放限值,切实降低重型柴油车NO_(x)实际排放。

基于极值搜索的柴油机空气系统模型预测控制

针对配备可变截面涡轮增压器(VGT)、高压废气再循环(EGR)和进气节流阀(TVA)的柴油机进气歧管压力、涡前压力和EGR率多目标跟踪控制问题,提出一种权重系数自学习的扩张状态模型预测控制(MPC)算法.首先,基于柴油机的简化运行机理,提出了三入三出线性变参数预测模型;其次,为补偿因模型与发动机之间偏差造成MPC性能劣化问题,将其等效为3个控制通道的总扰动,并采用扩张状态观测器(ESO)进行快速在线观测和补偿;最后,引入极值搜索算法,对MPC权重系数进行缓慢优化整定,仿真结果表明:在1800 r/min油门开度以最大开度10%的步长向上和向下连续阶跃工况下,对比涡前压力控制,瞬态上升时间相同时本算法超调量比较参数全局优化的比例-积分-微分控制(PID)算法降低30.7%.台架试验中,世界统一瞬态循环(WHTC)动态驾驶循环中进气歧管压力和EGR率跟踪误差IAE(绝对误差积分)值比较传统PID算法分别降低28.3%、17.5%.

基于强化层次模糊熵的柴油机故障诊断方法

针对多尺度模糊熵(multi-scale fuzzy entropy,简称MFE)算法中多尺度化过程采用滑动均值滤波器导致原始信号高频信息丢失的问题,提出强化层次模糊熵方法(enhanced hierarchical fuzzy entropy,简称EHFE),用于表征原始信号中富含的高低频故障模式信息。结合萤火虫算法优化支持向量机(firefly algorithm optimized support vector machine,简称FAOSVM),提出一种基于EHFE和FAOSVM的柴油机故障诊断方法。柴油机试验数据对比分析表明:相比于现有方法,所提出方法能够充分表征柴油机故障信号富含的模式信息,并且能够有效识别柴油机正时齿轮故障,识别精度达到99.6%,在极小样本下也能达到较好的识别精度。

基于并联蛇形流道的动力电池冷媒直冷热管理系统研究

对于使用冷媒直冷的动力电池热管理系统,制冷剂在管道内流动沸腾,管道过长造成电池包底部冷板流道内存在过热段,进而导致电池包的温差以及电池本身垂直方向上的均温性较差。本文针对一个含有48个方形电池的电池包,设计了两种并联蛇形流道结构的直冷板置于电池包底部来改善单蛇形流道所造成的电池包温度均匀性较差的问题。比较了电池包在30℃初始温度下1C倍率充/放电结束时三种直冷板流道内的平均温度和温度均匀性;比较了这三种流道结构下电池包的最大温度以及最大温差,分别分析了三种流道结构的电池包在水平方向上和竖直方向上的温度均匀性,并且提出了一种在电池包上层增设一个环绕小冷板的形式来优化电池包竖直方向的温差。分析结果表明,底置冷板的方式可以将电池包的最高温度控制在40℃以下并且可以保证电池包水平方向的温度均匀性,但电池包竖直方向上的温差过大,通过加设上层小冷板可以保证电池包竖直方向上的温差在整个充放电过程中位于5℃以下,满足电池包的温控要求。

喷射速率型线对氨-柴双燃料发动机燃烧过程的影响

面对全球气候变暖的压力,在内燃机中使用无碳燃料减少排放受到了广泛关注。为了研究柴油喷射策略对氨-柴双燃料发动机的燃烧以及排放特性。以Caterpillar 3401柴油发动机为研究对象,利用CONVERGE软件建立仿真模型,研究了在40%氨能分数、相同喷油量和喷油持续期的条件下不同喷射速率型线(梯形、楔形、斜面、三角形和矩形)对氨-柴双燃料发动机燃烧及排放特性的影响。结果表明:柴油喷射速率型线对柴油、氨气及空气的混合有着显著影响,从而影响燃烧及排放。当喷射速率型线为梯形时,在喷油中期喷射速率高并且氨-柴混合时间长,使得氨-柴混合更加均匀,相应的未燃氨的排放最低。相较于矩形喷射速率型线,梯形、楔形、斜坡形和三角形喷射速率型线指示平均压力分别提高4.36%、0.76%、1.09%、3.08%。由于最高温度差异较小,导致每种喷射速率型线下的氮氧化物变化较小。本文提出了一种改善氨-柴双燃料发动机燃烧及排放性能的喷射速率型线方案。

不同柴油温度对柴油机动力性能的影响

通过试验结果研究了柴油温度对柴油机功率的影响情况。试验表明,柴油进油温度的高与低,与柴油机的燃油消耗量和功率成反比。当柴温度升高时,油泵的供油速率下降,喷油时刻的延迟,间接形成喷油提前角的滞后的现象。并且由于柴油机喷油器的喷射为体积流量,柴油机在体积流量不便的情况下,密度下降,消耗的燃油质量流量将下降。在这两种原因的影响下,柴油温度上升最终将会造成柴油机功率的下降。

重卡柴油发动机超速故障原因与分析

重型卡车发动机超速故障原因较多,大都是由于发动机喷油异常导致的,在正常行驶过程中还经常出现因司机误操作和低挡倒拖制动导致的超速现象。从超速机理和司机误操作等方面分析其具体原因,同时制定相关措施,以解决故障,提升整车运行可靠性。

低压润滑系统对柴油机可靠性和经济性的影响

为分析低压润滑系统对柴油机可靠性和经济性的影响,以某重型柴油机润滑系统为研究对象,通过仿真、测温试验和台架试验分析降低机油压力对活塞温度、主轴瓦温升、机油温升、燃油消耗率等的影响。仿真结果表明:活塞温度受机油压力和活塞喷嘴流量的影响不明显;机油温升受机油压力的影响较大,降低机油压力导致机油温升增大,机油劣化、结焦风险较高;主轴瓦、连杆大头轴瓦温升均小于设计限值。测温试验结果表明:活塞温度受机油压力影响不大,主轴瓦温升符合设计要求。台架试验结果表明:在常用工作区,机油压力由412 kPa降至240 kPa,燃油消耗率最大降幅约为0.9 g/(kW·h)。在满足柴油机可靠性的前提下应用低压润滑系统可提高经济性。

某船用柴油机增压器共振分析与改进研究

针对某船用柴油机增压器共振导致振动超限问题,通过试验与仿真相结合方法分析其共振源,并研究温度对模态频率的影响,依据分析结果提出改进方案并进行验证。结果表明:外特工况增压器振动存在两个明显共振峰,第二个共振峰振幅最高,由增压器固有频率与柴油机主激励频率共振导致,应作为优化的重点;由于弹性模量受到温度的影响,随工作温度升高,柴油机上增压器等高温件模态频率呈降低趋势;更改压气机端管路连接方式和增加固定支架无法使增压器模态频率避开柴油机主激励频率;通过取消排气接管,降低重心高度,使增压器模态频率和振动幅值满足限值要求。研究成果可为增压器共振问题排查及优化设计提供参考。

低黏度润滑油对重型商用柴油机节能减排和可靠性的影响研究

从摩擦损失和泵送功耗两个方向论证了低黏度润滑油的有效性;从仿真计算和摩擦学试验两个手段探测了低黏度润滑油的可行性;从经济性、排放性、可靠性3个维度验证了低黏度润滑油对重型商用柴油机的影响。经济性主要通过倒拖摩擦功和万有油耗进行对比评价;排放性主要通过WHTC排放循环和机油耗进行对比评价;可靠性主要通过台架耐久和路试验证进行对比评价。结果表明:摩擦功可降低3.6%~12.5%;燃油经济性受负荷影响显著,常用工况区可节油(1~2)g/(kW·h);NO_(x)和PM排放几无影响;24 h机油耗影响差异在5%以内;耐久过程中机油压力及漏气量波动率符合限值要求、油液监测数据正常;耐久后关键摩擦副表观正常,磨损变化量小,在可靠性接受范围内;市场验证节油效果在6.41%左右,且换油期未受影响。研究结论对于双碳目标的完成和低黏度润滑油的推介应用尤其是在售成熟机型切换提供了数据依据。

氢-电动力汽车多热力耦合系统计算与余热利用研究

针对燃料电池热管理系统散热响应迟缓、温度收敛性差等缺点,以及热管理仍然是一个具有挑战性的问题,提出了一种冷却系统优化设计方案和热管理控制策略,构建基于燃料电池汽车的一维系统仿真模型。经验证,冷却风扇采用前馈控制后,能够实时控制水泵转速,从而调节冷却液的流量,精确控制电堆内部的温差和冷却液温度,降低冷却系统滞后。通过监测泵流量和风扇转速,保持堆内热量平衡,反应堆温度迅速收敛到目标温度65℃,并没有出现大的温度波动,保证反应堆始终在适当的温度范围内高效稳定地运行。此外,在-10℃低温下电堆余热用来给动力电池快速加热,能够保证电池在20℃下工作。

基于有限元法的某柴油机旋压皮带轮故障分析

针对某发动机耐久试验过程中出现的旋压皮带轮断裂故障,基于试验状态载荷边界,利用ABAQUS软件对旋压皮带轮系统进行了应力仿真,结果显示皮带轮应力安全系数不满足设计要求。根据应力结果对旋压皮带轮系统进行了改进,优化后皮带轮最大应力下降35%,满足产品设计要求并通过了耐久考核试验。该结构可靠性分析方法对旋压皮带轮设计具有重要指导作用。