基于PAVME的柴油机传动机构异常振动诊断研究

柴油机传动机构振动信号具有强耦合、强冲击及强干扰特征,准确的信号特征提取是振动源识别及抑制的关键。针对变分模态提取(variational mode extraction,VME)方法在处理柴油机振动信号存在自适应性及准确性不足的问题,本研究以振动信号的峰值频率为中心频率的初始值,考虑分解信号与原始信号的相关性,以分解分量的峰峰值、均方根值及峰值因子为判定指标,提出一种参数自适应变分模态提取(parameter adaptive variational mode extraction,PAVME)算法,并通过构建强干扰环境下柴油机振动特征的模拟信号验证了该方法的准确性和鲁棒性。基于PAVME和功率谱密度函数(power spectral density function,PSD)识别出齿轮箱异常振动源为齿轮啮合激励。综合激励源和传递路径两个维度考虑,最后提出了通过轴系扭振控制进行传动机构振动抑制的方案。

车用柴油机高压比宽流量增压器研制

目的 对于单级高压比宽流量增压器,为适应发动机强化指标,进行一系列的改进设计。方法 利用仿真设计与试验相结合的方法,对高海拔环境应用增压器进行改进设计。通过理论推导,确定压气机及涡轮的气动性能优化设计方法,开展高稳定裕度转子轴承系统设计方法研究与验证。结果 匹配高压比宽流量增压器的发动机与原机相比,高原功率恢复了17%,发动机排气温度降低了7%,增压器转速降低了13%。结论 在原机的基础上设计了压比为4.6的宽流量高性能涡轮增压器,成功实现了高压比宽流量增压器的设计,满足了发动机平原、高原不同环境的运行需求。

基于音调度模型的电驱动总成噪声分析

为分析低速大扭矩电驱动总成不同频段噪声对烦恼度的贡献,以某低速大扭矩电驱动总成为研究对象,结合心理声学理论建立了电驱动总成音调理论分析模型,考虑到不同频率下音调对主观烦恼度影响程度的差异性,建立修正音调(烦恼度)理论分析模型,并结合噪声源分布特征对比分析了由电驱动总成引起的低频噪声(0~400 Hz)、中频噪声(>400~2500 Hz)和高频噪声(>2500 Hz)的声品质烦恼度,结果表明,影响烦恼度的最重要因素是电磁力波和开关频率引起的噪声,其次为变速器齿轮噪声。

航空活塞发动机稳压箱温度影响因素及高空特性研究

针对某型航空活塞发动机中冷系统,建立了系统的传热数学模型.通过与实验数据相对比可知,中冷器冷侧出口温度、热侧出口温度模拟结果误差均在1.5%以内,明确了本文构建仿真模型可行且可靠.进而,利用该模型研究了中冷系统空气速度、环境温度、增压比、进气流量等因素对稳压箱温度的影响,分析了航空活塞发动机中冷系统的高度特性.结果表明:稳压箱温度随着空气速度的增加而降低,随着环境温度、增压比及进气流量的增加而上升.稳压箱温度对增压比的敏感度最大,对环境温度的敏感度最低,对进气流量及空气速度的敏感度介于二者之间.对于所研究的航空发动机中冷系统,最高稳压箱温度及中冷系统最大换热量均出现在临界增压高度,在海平面温度为50℃的条件下,二者的值分别为82.4℃、11.5 kW.

车用小型化内燃机余热回收ORC系统试验

基于有机朗肯循环(ORC)原理,针对车用内燃机余热回收系统,搭建了集成化试验台架并开展了台架综合性能试验,探究了内燃机余热回收ORC系统小型化优势和上车应用的潜力.结果表明:设计搭建的试验台架主体尺寸为800 mm×750 mm×620 mm,质量为200 kg左右,具有一定的小型化优势;ORC系统整体运行具有较好的稳定性和可靠性,在发动机转速为1300 r/min、转矩为600 N·m工况下,工质质量流量为0.1716 kg/s,蒸发压力达到1.26 MPa,膨胀机运行转速调整为1456 r/min时,ORC系统的输出功率达到2.64 kW.

考虑机组弹性的双层隔振系统刚度匹配方法

为解决柴油发电机组对不同类型和功率发电机的连接套与隔振系统刚度匹配问题,提出以广义弹性力做功为基础的能量解耦法来量化刚度匹配对双层隔振系统固有特性的影响.基于某内燃动力总成双层隔振系统建立3自由度和18自由度动力学模型进行分析.结果表明:3自由度模型能够反映系统耦合的主要特点,机组弹性模态频率与低阶刚体振动模态频率比大于2.96时可以降低刚体振动对弹性模态的影响;考虑惯性耦合和弹性耦合后,18自由度模型对应的频率比应大于4.10才可以显著降低该振动耦合.同一柴油机匹配不同惯性参数的发电机,均可参考小惯性参数发电机隔振设计时对应的频率比和刚度比进行双层隔振系统刚度匹配.

基于极限工况的压气机气动噪声排放特性与机理研究

发动机配备涡轮增压器是缓解能源短缺和减少气体排放的有效途径,但其压气机气动噪声排放成为了亟需解决的重要问题。在柴油机涡轮增压器研究中,压气机极限工况下(近喘振和堵塞工况)的气动噪声排放规律及其与内部流动特征之间的关系仍不清晰。为研究压气机在极限工况下的气动噪声排放特性与机理,本文采用试验和数值模拟方法对某涡轮增压器压气机的气动噪声开展分析。试验结果表明:在近喘振和堵塞工况下,压气机气动噪声总声压级随着转速的升高而增大,在低转速下,气动噪声总声压级受压气机工作流量影响较明显;在压气机气动噪声中,叶片通过频率(BPF)噪声占据主导地位,随着转速升高,叶片通过频率噪声对气动噪声总声压级贡献度增大,其占比最高达75.35%。模拟结果表明:在近喘振和堵塞工况下,压气机内部流动存在明显失速现象,其中在近堵塞工况下,压气机旋转域和扩压器域以多重单音噪声为主,叶轮与扩压器间的动静干涉对轴频及其谐频噪声均有较高贡献度;在近喘振工况下,压气机进口和出口以低频噪声为主,叶轮叶片与进气来流存在的干涉作用对诱导产生的低频噪声影响较为明显。

电动可变配气系统输出协方差控制策略

提出一种针对连续可变气门正时(VVT)的新型电动可变配气系统且基于模型的闭环控制,以提高系统调节速度和控制精度.首先,使用基于新息的自适应卡尔曼滤波参数辨识对电机系统参数进行辨识,利用辨识的参数建立了可变配气系统的控制模型.其次,设计了基于模型的电动可变配气系统控制算法,即输出协方差约束(OCC)算法.最后,验证了该算法的效果,在仿真中对比了OCC算法与比例-积分-微分(PID)算法、线性二次型跟踪(LQT)算法,在台架试验中对比了OCC控制器与PID控制器的控制效果,结果表明:对不同转速下目标相位调节进行仿真,PID算法在转速为1 000、3 000和4 000 r/min下稳态误差均大于OCC算法,LQT算法在转速为3 000 r/min和4 000 r/min下调节速度小于OCC算法,且在变转速下OCC算法相位保持更好,相位偏差更小,说明OCC算法相比PID算法和LQT算法具有更好的转速适应能力.台架试验中,在相位角向上调节时,OCC算法比PID算法响应时间降低了42.8%;在相位角向下调节时,OCC算法比PID算法响应时间降低了75.0%.

运行工况及轴承间隙对主轴承润滑参数的影响

为了研究不同因素对曲轴-主轴承润滑状态的影响规律,搭建发动机多体动力学模型,系统分析不同转速、润滑油温度及主轴承间隙下,主轴承所受载荷、最小油膜厚度、峰值油膜压力及轴心轨迹等主轴承润滑参数的变化规律。仿真结果表明:主轴承所受载荷及峰值油膜压力均随转速、主轴承间隙增大而增大,随润滑油温度升高而减小;最小油膜厚度随润滑油温度、主轴承间隙增大而减小,随转速变化规律不明显;当主轴承间隙增加时,曲轴的轴心轨迹范围增大,导致发动机的运行可靠性降低。

基于非线性空气弹簧模型的整车仿真与主客观评价

应用非线性空气弹簧模型,研究了空气悬架整车的动力学仿真和主观评价。结合空气弹簧频率、振幅相关性模型与Simulink仿真,给出了空气悬架整车7自由度模型,对比了不同路面情形下悬架动行程和簧上加速度的均方根值和功率谱密度。从时域和频率2个角度分析了不同速度、路面及减振器阻尼情形下空气悬架整车的动态特性。对装有不同空气弹簧的整车进行主、客观试验测试。结果表明:悬架动行程预测误差小于7%,簧上位置加速度共振峰值预测误差小于6%,共振频率预测误差小于6%;从而验证了所提模型的普适性和精确性;反映了带空气悬架整车的动态特性,解释了平顺性主客观试验的机理。

船用发动机连杆大端轴承润滑特性及损伤研究

基于多柔体系统动力学和润滑理论,建立活塞–连杆–曲轴的多柔体摩擦动力学耦合模型。模型中采用绝对节点坐标框架分析多柔体动力学特性,采用平均雷诺方程和微凸体接触理论描述混合润滑和磨损特性,在空间、时间上分别采用有限元法和向后欧拉法求解。对某船用中速发动机连杆大端轴承的润滑、磨损和疲劳特性进行了计算分析。结果表明,轴承润滑域中心的轴颈–轴瓦相对速度呈现规律变化,混合润滑状态主要发生在燃烧上止点后90°附近;磨损集中在连杆轴承上瓦周向50°区域的两侧边缘位置,单循环最大磨损量为1.7×10~(-6)μm,是刚体模型的20.5倍,磨损寿命为1.1×10~4 h;疲劳损伤位置与易发生磨损位置相同,疲劳寿命为7.8×10~4 h。

CAD技术在内燃机配件设计中的应用

文章主要分析了CAD技术在内燃机配件设计中的应用。包括CAD技术及其主要应用优势、CAD技术在内燃机设计中的应用方向、应用策略、应用升级及其发展方向等。经分析发现,在内燃机配件设计过程中,零件设计、配件虚拟组装和配件效果图展示都是CAD技术的主要应用方向。而通过CAD技术的合理应用,则可以使内燃机中的曲轴、连杆、活塞以及螺旋零件等得以良好设计。

内燃机油环对活塞-缸套间流动与润滑油输送的控制

以某四冲程内燃机为研究对象展开研究,根据其油环和活塞结构特性、缸套表面润滑油分布建立油环流量平衡和力平衡方程。通过分析运行时润滑油的输送过程,以及油环上方环岸区域润滑油量的变化及其沿缸套自下而上的输送过程,得出如下结果:油环控制油环-缸套间润滑油的流动,使环岸区域在活塞向下行程时储存润滑油,并在活塞向上行程时将润滑油输送至活塞上止点,实现润滑油的输送,满足活塞在上止点的润滑要求。

部分预混耦合EGR对天然气直喷发动机的影响

以一台四冲程高压直喷天然气发动机为研究对象,模拟研究了5种天然气预喷量耦合5种废气再循环(EGR)率对部分预喷天然气发动机的燃烧和排放特性的影响。结果表明,相比于高压直喷模式,部分预喷模式有着更高的缸内峰值压力、峰值热释放率和最大压力升高率。预喷比例的增加会提前发动机燃烧相位、缩短燃烧持续期,进而降低发动机的指示燃料消耗率,但是EGR的加入会削弱这种效果。较高的预喷量耦合中等比例EGR能够削弱NOx-soot的“trade-off”关系;30%EGR率耦合40%预喷量能够使发动机具有较低的指示燃油消耗率,产生较低的甲烷、未燃HC和CO排放,以及优于非预喷方案的NOx和soot排放特性。

发动机活塞温度场三维有限元分析

本研究利用Pro/E软件建立某天然气发动机活塞的几何模型,并借助有限元分析软件ANSYS6.1对其进行温度场分析计算,得到活塞的三维温度场分布情况,数值计算结果表明了活塞温度场的分布情况,为活塞的结构改进和优化提供了依据。

空气滤清器流动过程仿真与试验分析

为探明滤纸的材质、尺寸和摺数等各因素对空气滤清器性能的影响规律,以及各因素相互间的耦合作用机制.应用计算流体力学方法对空气滤清器内部流场进行仿真计算,并对仿真模型进行试验验证,试验结果和仿真结果相吻合.采用滤纸夹角作为滤芯结构无量纲参数,评价滤芯结构变化对空气流动、滤清效率及滤清寿命等性能参数的影响.研究结果表明对于星型摺状空气滤清器,流动阻力在滤纸夹角小于3°时增长迅速,滤纸夹角大于5°后无明显变化,滤纸有效过滤面积在滤纸夹角小于3°后急剧减小导致过滤精度降低,滤纸容灰量在滤纸夹角大于4°后迅速增加导致滤清寿命缩短.以仿真与试验结果为基础,提出空气滤芯结构设计参数推荐范围,滤纸夹角应介于3～4°.

基于双向流固耦合的汽油机排气歧管热应力分析

联合AVL-Fire与ABAQUS软件,对一台汽油机排气歧管进行温度场、热应力分析.首先利用AVL-Fire对排气歧管做内外流场CFD分析,得到排气歧管内外表面的热边界条件,即流体温度及换热系数;然后把热边界条件映射到有限元面单元,并通过有限元技术与排气歧管实体单元相耦合,通过ABAQUS算出排气歧管温度场,并把壁面温度场返回作为下一轮CFD计算的边界条件,再重复前一轮计算.如此反复,直至符合精度要求,最后计算热应力.

喷射压力和喷孔直径对柴油机混合燃料喷雾特性的影响

应用平面激光诱导荧光(PLIF)技术研究了喷射压力、喷孔直径对混合燃料喷雾特性的影响.结果表明:在相同的喷射压力下,混合燃料的挥发性越高,喷雾前锋贯穿距离和喷雾锥角(远场和近场)越大;随着喷射压力的提高,喷雾锥角增加,喷雾前锋贯穿距离呈现出一定程度的线性增长,但混合燃料挥发性对喷雾前锋贯穿距离的影响有所减小;在喷雾发展过程中,近场锥角呈现出先减小再保持在一个相对稳定的数值趋势,而远场喷雾锥角呈现先减小然后保持不变之后再增大的趋势,但全程远场喷雾锥角的变化不大;在相同喷孔直径下,混合燃料的挥发性越高,喷雾前锋贯穿距离越长,喷雾锥角越大,当喷孔直径从0.18,mm缩小到0.10,mm时,挥发性对喷雾锥角增长率的影响略有减小,随着喷孔直径的增大,喷雾前锋贯穿距离呈现出一定程度的线性增长,但喷孔直径对远场喷雾锥角的影响大于对近场喷雾锥角的影响.

对置二冲程柴油机缸内流动形式对混合气形成及燃烧的模拟研究

针对对置活塞对置气缸(OPOC)柴油机混合气形成较为困难的工作特点,有必要合理组织缸内流动,利用CFD软件研究了这种发动机不同进气方式形成涡流和滚流的效果。着重优化了滚流的形成方式,比较了涡流、滚流情况下缸内流动的特点,并对各自的喷油参数进行了优化,以适应不同的缸内流动形式,最后研究了两种流动方式对燃烧的影响。结果表明,缸内流动形式对燃烧的影响有很大差异。其中,组织滚流能大大提高上止点附近的缸内湍流动能,同时通过优化喷孔布置还可以增大空气利用率,由此加快了燃烧进程,并避免了火焰偏离燃烧室中心的现象,减小了向缸壁的传热损失,从而提高了OPOC柴油机的性能。

基于独立分量分析及小波变换的内燃机辐射噪声盲源分离和识别

为了分离和识别内燃机噪声源,结合独立分量分析和小波变换技术对内燃机辐射噪声信号进行了盲源分离和声源识别的研究.根据独立分量分析的基本原理,采用基于负熵极大的FastICA算法对4缸柴油机的辐射噪声信号进行了盲源分离,将噪声信号分解成一系列独立分量.采用快速傅里叶变换和小波变换技术对各个独立分量进行了分析,结合时频分析的结果和内燃机各噪声源信号的频谱结构,确定了分离得到的各独立分量与内燃机不同噪声源的对应关系.研究结果表明:这些独立分量分别对应着柴油机的燃烧噪声、活塞敲击噪声、正时齿轮噪声及排气辐射噪声等噪声源.