二冲程半直喷航空发动机喷油策略研究

基于自主研发的二冲程低压半直喷航空发动机及控制系统,开展喷油控制策略及对发动机性能影响规律的研究。结果表明:对于不同的发动机运行工况,需要采取不同的喷油策略组合。在起动和怠速工况,采用进气道喷射的独立供油方式;在部分负荷及高负荷工况,采用进气道喷射和缸内直喷协同供油方式,随着发动机直喷比例的提高,燃油消耗率相应减小;与采用进气道喷射供油相比较,采用低压半直喷供油可以获得较理想的燃油经济性。

动态气门运行特性及二冲程制动性能耦合研究

基于自主研发的变模式气门驱动装置,进行发动机和该气门驱动装置联合仿真,研究了二者的强耦合运行特性,为该装置的装机应用提供理论依据.研究结果表明:缸内压力和气门运行之间的强耦合关系在上止点附近排气门运行阶段尤为明显,尤其是在2300 r/min以下,发动机转速越高,气门动态升程损失程度越大,最大缸内压力越高;高于该转速后,二者变化程度逐渐减小;排气制动凸轮在上止点后设置过渡升程可消除排气门反跳的问题,并且可进一步改善制动功率和最大缸内压力之间的矛盾关系;与理想四冲程制动相比,二冲程制动的制动功率明显增加,最大缸内压力明显降低,发动机转速分别为1600、1900和2400 r/min时,实际二冲程制动功率分别提高了35.94%、45.61%和27.54%,最大缸内压力分别降低了45.42%、27.20%和7.35%.

压燃式二冲程对置活塞转盘发动机一维性能仿真

二冲程对置活塞转盘(2S-OPCP)发动机是一种新型发动机.该发动机使用凸轮转盘机构替代了传统发动机中的曲柄连杆机构,这种特殊的结构使转盘发动机具有功率密度高、体积小和结构简单等优点.发动机两侧的凸轮转盘存在相对转角,通过改变凸轮相对转角θ可以改变发动机的有效压缩比及换气正时,从而影响发动机的性能.根据转盘发动机的结构特点及工作过程搭建了一维热力学仿真模型,并使用试验数据对模型的缸内压力曲线进行了标定.随着θ改变,发动机的扫气过程及性能表现都会发生变化.当θ在0°~10°内变化时,发动机的换气过程有所改善,给气比在θ=7°时最高,提升了3.5%.同时,在θ达到4°后,指示燃油消耗率(ISFC)开始逐渐增加,ISFC最高增加了3.5%(θ=10°);而平均有效压力(IMEP)最高增加了3.3%(θ=4°),之后随着θ的上升,IMEP开始降低.

排气道压力波动对发动机二冲程减压制动性能的影响

为分析排气管内压力波动对发动机二冲程制动功率的影响,以某重型柴油机为研究对象,利用GT-Power建立发动机二冲程制动一维模型,通过修改排气型线开展排气道压力波动对制动性能影响的研究。结果表明:第二次减压制动(the second compression release braking,2nd CRB)相位开启时的压力波动会影响到其他气缸的排气回流,进而影响发动机的制动功率。进一步对排气管进行三维流场计算,证明了其他气缸2nd CRB相位排气门开启时的压力波传递对排气回流阶段排气回流的影响。最后通过试验设计(design of experiment,DoE),结合响应面拟合和粒子群算法对排气管几何尺寸进行优化,优化后该柴油机二冲程减压制动模式下2100 r/min工况的最大制动功率可达到395.08 kW。

超长冲程抽油机设计与维护

针对超长冲程抽油机进行设计研究,可实现50 m超长冲程,0~10次/h的特低冲次,结构简单,操作便捷。介绍超长冲程抽油机的工作原理及结构特点,给出现场试验情况,并提出保养维护建议。通过实验验证,提出的超长冲程抽油机结构合理、操作便捷。配合超长冲程抽油泵一起使用可有效提高产液量及系统效率,缓解杆管偏磨问题,适用于低产井采油。

拖轮四冲程主机故障维修研究

主机是舰船的“心脏”,其工作状态的优劣,关系到舰船的航行安全。尤其是援救拖船,通常要在极端恶劣的海情条件下进行救援,因此对其运行的可靠性提出了更高的要求。本舰船配备一台4500 kW锡兰4行程9L32型4冲程柴油机,采用UNIC控制装置。主要包括主控制器、安全模块、电源模块和显示模块,主控制器采用WOODWARDPGA-EG,主控制器为主控模块。文章就这一故障现象,逐一进行了分析,找出了可能造成这一问题的原因,并进行了排除,同时结合有关设备的特性,对其进行了定期的维修和维护。

超长冲程抽油机采油技术在油田的研究

由于抽油机地面部分的传动机构较为复杂,其日常维护工作量相对较大。更值得关注的是,部分油井位于居民生活区附近,其运行可能带来安全隐患。鉴于这些问题,研究和应用超长冲程抽油机技术成为了一个重要的方向,这种技术的应用目的在于解决传统抽油机中的杆管偏磨和高能耗问题,进而降低原油生产成本和提高经济效益,同时也有助于减少能源消耗。超长冲程抽油机的核心优势在于其长冲程和低冲次的特点,这使得冲程损失减少,泵效率和系统效率得到提高。与此同时,这种技术能够延长杆管的使用周期,减少设备故障,提高整体机器的质量。

航空活塞二冲程发动机排气结构对换气过程的影响研究

为了解决航空活塞二冲程发动机排气系统对发动机性能及换气效率的影响问题,基于GT-Power的一维流动仿真对比研究了航空活塞二冲程发动机直排、直排-渐扩和渐扩-渐缩三种形式排气系统谐振状态对发动机性能及换气效率的影响。结果表明,三种不同排气系统谐振状态对发动机换气效率的影响非常明显。相比直排管和直排-渐扩形式,采用渐扩-渐缩形式的发动机在高转速和中低转速均呈现出较好性能。合理的排气谐振通过提高背压达到提高捕获率及优化扫气效率的效果,进而影响发动机的油耗和性能。

二冲程自由活塞发动机扫气过程仿真分析

点燃式二冲程自由活塞发动机扫气过程直接影响发动机的工作性能,故在建立分析模型的基础上,采用数值计算的方法对影响扫气过程的相关因素进行了分析。结果表明:采用外部供气方式适当提高进气压力可以有效提高扫气效率,增加缸内气体质量;当发动机转速存在波动时,较低转速有利于扫气过程的完成,但对缸内气体质量影响不大;当活塞行程小于设计值时,扫气效果变差,缸内气体质量明显下降。

共同应对低碳化和数字化转型挑战——访MAN Energy Solutions高级副总裁、二冲程业务负责人Bjarne Foldager

全球LNG燃料船舶增长异常明显,甲醇燃料船舶越来越受船东青睐,氨燃料船舶已出现。而MAN Energy Solutions作为发动机行业翘楚,国际航行船舶中采用其研发的双燃料发动机的船舶比例正在增加。2016年,甲醇双燃料发动机在MAN Energy Solutions投入运营。

单缸四冲程内燃机曲轴连杆机构的运动学和动力学仿真及可靠性分析

内燃机是一种发电装置。对于机器来说,内燃机是它的“心脏”,连杆在内燃机中起着传递力的作用,是内燃机中最重要的部件之一。利用绘图软件建立了单缸四冲程内燃机曲轴连杆机构的三维实体模型,将其导入虚拟样机模型分析,并进行结果后处理,通过处理结果观察内燃机活塞及连杆的运动学和动力学特性。同时,为了检查连杆静强度和疲劳强度的安全系数,建立了有限元模型。根据机械可靠性设计的理论和方法,分析了连杆的可靠性。

重载低压缩比发动机二冲程制动性能模拟研究

采用数值模拟的方法研究了不同制动模式、压缩比、海拔高度等对制动性能的影响。结果表明:压缩比的降低和海拔高度的增加均导致发动机制动功率大幅度降低。提高压缩比和采用二冲程制动模式是提高低压缩比发动机制动功率的有效措施。压缩比为11.6时,与四冲程制动模式相比,二冲程制动模式产生的制动功率可提升69.6%~80.5%,最大缸压低于6.0 MPa的限值,并且其可运行转速范围不受涡轮增压器危险区的限制。当前应用领域中,高压缩比(17.0)发动机上采用四冲程制动模式获得的制动功率最高。由于短期内难以提高低压缩比发动机的压缩比,仅通过在低压缩比(11.6)发动机上采用二冲程制动模式仍可将制动功率提高17.5%~30.4%,最大缸压降低25.2%~29.3%。故在应用天然气机等低压缩比发动机的中重型载货汽车上推荐采用二冲程制动模式,这将大幅度提高车辆制动安全性。

基于GT-power的五冲程发动机多目标优化

五冲程发动机独特的二次膨胀冲程提升了发动机的热效率,独特的工作特性使其适合应用于增程式汽车。为探究高/低压缸进排气正时和点火时间对五冲程发动机性能的影响,基于GT-Power建立五冲程发动机一维模型,并在限制扭矩的条件下运用DOE工具开展目标为功率最大、比燃油消耗率和NO_(x)排放最低的多目标优化。结果表明:适当地增大低压缸气门重叠角可以有效降低排气流动损失,提升废气做功的效率;最终,各个目标值分别实现了3.26%、2.50%和0.47%的优化。多目标优化方法在五冲程发动机参数优化上的应用,保证了变量在可行域范围内实现多目标改善。

柔性光杆超长冲程抽油机的设计

设计了一种柔性光杆超长冲程抽油机,实现了超长冲程、超低冲次、传动效率高、系统效率高、运行可靠、节能;并对抽油机机架、驱动、平衡、让位等结构进行了优化,结构紧凑,冲程达到18m,进行了试验验证。下一步根据现场应用情况,进一步对其结构进行优化,并推广应用,提高抽油系统效率。

新型长冲程举升工艺在低效高耗井应用方案

油田举升方式主要采用游梁式抽油机,部分井存在系统效率低、能耗高、泵效低的问题,尤其在低产低效井和高能耗井更加突出。为探索高效举升新途径,按照“长冲程、低冲次”优化设计理念,某油田应用了超长冲程抽油机和塔架式抽油机等新型长冲程举升工艺,同时研究并应用了碳纤维连续抽油杆和柔性金属泵等配套举升技术,通过调研论证,个性化设计了低产低效井和高能耗井举升工艺应用方案,平均节电率可达30%以上,40口井年节电71.2×10^(4) kWh,年创综合经济效益108.5万元,具备推广应用价值。

二冲程汽油机风冷系统的仿真分析与实验研究

文章以某国产风冷汽油发动机为研究对象,对其冷却系统进行三维结构的建模以及空气流场的分析,利用ANSYS软件中CFD模块进行流场仿真,得出该机型的系统的速度与压力场,对于其中存在的问题提出优化的方案,同时进行冷却系统方案验证。通过两次对系统结构上的优化,合理改进了气流不同位置的流体面积,使得气缸盖与气缸体的冷却气流流场合理分布。通过结构上如缸盖间隙、导流板增设以及角度、蜗壳处挡板的改进,优化了散热片的冷却风道,从而强化了燃烧室的冷却,使得整机的冷却性能得到提升,从而降低机体运行温度、减小运行热负荷,使得发动机进气的加热量明显降低。整机实验结果表明,经二次优化后发动机动力性和燃油经济性得到了提高、热负荷降低,发动机可靠性和稳定性有所改善。

二冲程对置发动机工作特性研究

二冲程对置发动机以其良好的功重比广泛应用于无人机、无人车等领域,采用火花点燃的工作方式使之更适合采用汽油为工作介质。文中针对装备应用需采用航空煤油的技术需求,进行了不同介质(煤油和汽油),不同喷射系统(夹气燃油喷射和气道喷射)之间的试验对比.结果表明:燃料同为汽油时,在不同节气门开度工况下,采用夹气喷射的发动机动力性优于气道喷射;只有夹气方式可以使煤油实现冷起动;进行了夹气煤油整机配机试验,在高转速工况下,节气门开度由30%提高至80%,发动机的功率和扭矩分别约增加了10 kW和65 N·m,工作过程与传统的火花点燃式发动机几近相同;最后探究了节气门控制在50%,夹气方式下煤油与汽油的性能差异对比,表明采用汽油燃料的动力性更优,功率和扭矩分别约增加了5 kW和35 N·m.

进排气压力对气门式二冲程柴油机扫气过程的影响

为深入理解气门式二冲程发动机的扫气过程,以顶端入口进气道气门式二冲程柴油机为研究对象,在1 500 r/min转速下采用三维仿真研究了扫气过程中进排气压差和排气背压对缸内气体流动的影响机理。结果表明:由左侧进气道流入气缸的新鲜充量形成逆滚流,其前锋面抵达排气门之前经右侧进气道流入气缸的新鲜充量主要影响排气纯度,而在之后排气纯度明显增加;压差从30 kPa增加至210 kPa时左侧排气道排气纯度增加,在中低压差下右侧排气道排气纯度较高,扫气品质系数先从0.61降低至0.52,之后增加至0.56且保持不变;定压差和背压从100 kPa增加至190 kPa时排气纯度接近,而扫气效率增加较慢,扫气品质系数从0.55降低至0.53。

某型二冲程进气管电喷发动机的缸间进气差异数值模拟

针对二冲程点燃式进气管电喷煤油发动机存在的缸间进气差异进行CFD数值模拟,利用GT-power、Fluent搭建了原型机一维仿真模型及三维仿真模型,建立了曲轴箱搅动区域和气缸扫气区域,分别对2部分流场域的气体流动过程进行分析。结果表明:进入左缸扫气道的新鲜混合气充量和煤油质量分别为102.27 mg和16.59 mg,进入右缸扫气道的新鲜混合气充量和煤油质量分别为107.03 mg和21.01 mg,曲轴箱分配不均匀度为2.27%,气缸扫气差异度为1.6%,整机的进气不均匀度为1.48%;受到曲轴搅动的影响进入右缸的混合气质量和浓度更大,所以影响整机进气不均匀的关键是曲轴箱分配不均匀,研究发现更小的喷油粒径不仅能提升扫气效率,也能够优化两缸进气的缸间差异。

大型船舶倒车冲程过程分析及其计算研究

倒车冲程是衡量船舶紧急停船性能的重要指标。通过船舶制动过程分析,提出计算船舶倒车冲程的两冲程模式——换向冲程和制动冲程,推导出倒车冲程的计算公式,并利用以往的实测资料进行了验证;在此基础上,分析了船舶航速、主机功率和换向冲程对倒车冲程的影响。研究表明:基于船舶功率和兹万科夫阻力法推导得出的制动冲程计算公式是较为合理的,计算结果与实测数据吻合较好;倒车冲程相对于船长的比值受船舶航速的影响较大,受船舶吨位影响较小;在倒车冲程中,制动冲程占比相对较大,换向冲程占比相对较小。