OP2S双燃料发动机气口匹配特性研究

对置活塞二冲程(OP2S)发动机是一种结构可调性较高的动力系统,采用等效二冲程方法建立并校验了OP2S柴油机的一维仿真模型,研究了不同甲醇含量下进排气口高度冲程比对OP2S柴油机动力性能、燃油经济性、换气性能和排放性能的影响。结果表明:OP2S柴油机具有换气性能和排放性能的双“trade-off”关系。甲醇含量增加会促进经济性能的提高和动力性能的降低,也会促进扫气效率的增加和捕获率的降低。进排气口的匹配设计是提升OP2S柴油机性能的关键之一。进气口通过增加新鲜空气主动促进燃烧,而排气口通过减少能量和新鲜充量损失被动改善换气性能。随着气口高度的增加,OP2S柴油机的性能曲线具有双转捩点。将性能曲线分为3个区域,其中第2区域为最佳性能区,该区域对应的进/排气口高冲程比分别为0.056~0.122和0.078~0.100。

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.

稀燃和EGR对汽油发动机热效率影响的试验研究

在一台4缸2.0 L汽油发动机上试验研究过量空气系数、有效压缩比、废气再循环(exhaust gas recircu-lation, EGR)率对发动机油耗和热效率的影响。结果表明:采用稀燃可以提高发动机热效率,过量空气系数由1.0增大到1.6,发动机热效率提高约5.7%,但继续增大稀释程度将导致油耗增加、热效率降低;当有效压缩比为12.7时,发动机热效率最大,为44.1%,进一步增大压缩比产生爆震,需要推迟点火时刻,导致燃烧持续期增加、发动机热效率降低;EGR率为4.6%时,发动机热效率最大,为44.4%,EGR率较大导致燃烧不稳定,出现发动机失火等问题。

进气压力对发动机性能的影响研究

在一台3.8L涡轮增压中冷4缸柴油机上通过试验和仿真研究了进气压力对柴油机燃烧和性能的影响。试验中拆除了原机增压器及中冷器,通过自制压力调节装置直接控制柴油机进、排气压力。试验及仿真结果表明:在排气压力维持不变的条件下,最高燃烧压力与进气压力具有明显的线性关系,进气压力每增加100kPa,最高燃烧压力增加约4.8MPa^7.0MPa;进气压力对最高燃烧压力相位的影响不明显;空气质量流量与进气压力具有明显的线性关系,进气压力每增加10kPa,空气质量流量增加约13~37kg/h;柴油机排气温度与空燃比具有明显的线性关系,空燃比每增加1,柴油机排气温度降低约4.2℃;随进气压力增加,柴油机缸内燃烧滞燃期缩短,燃烧始点提前,但进气压力对燃烧持续期没有明显影响;进气压力每增加10kPa,发动机转矩增加约0.8~2.5N·m。

发动机连杆疲劳强度试验及寿命预测方法研究

以某柴油机连杆为对象,系统地开展了疲劳强度、寿命的试验和数值预测研究工作。借助有限元分析技术,确定了连杆薄弱位置和疲劳试验方案,通过模拟连杆静态加载的电测试验验证了连杆部件疲劳试验系统的线性响应特性。疲劳试验结果显示,该连杆疲劳失效形式具有明显的规律性,裂纹位置出现在靠近小头杆身部位处和杆身某标志字处,通过残余应力测试发现标志字处的失效与残余应力大小密切相关。最后,建立了连杆疲劳寿命理论预测模型,将残余应力作平均应力处理,基于Haigh图考虑平均应力对S-N曲线的影响,预测了在不同载荷系数和残余应力作用下连杆标志字处的疲劳寿命和安全系数。该模型预测结果与试验值基本相符,可用于后续连杆疲劳寿命预测工作。

排气压力对发动机性能的影响研究

在一台3.8L涡轮增压中冷4缸柴油机上通过试验研究了排气压力对柴油机燃烧和性能的影响。试验中拆除了原机增压器及中冷器,通过自制压力调节装置直接控制柴油机进、排气压力。试验结果表明:排气压力对柴油机缸内压力的影响较小,最高燃烧压力及相位变化不明显;空气质量流量与排气压力具有一定的线性关系,排气压力每增加10kPa,空气质量流量减少约1.2~2.0kg/h,减小百分比为0.4%~0.7%;柴油机排气温度与排气压力具有一定的线性关系,排气压力每增加10kPa,排气温度增加约4.0~4.7℃;排气压力增加使柴油机的动力性和经济性恶化,排气压力每增加10kPa,转矩减小约2.3~3.1N·m,减小百分比为1.0%~1.9%,比油耗增加约2.8~7.1g/(kW·h),增加百分比为1.4%~3.3%。仿真计算表明:排气压力增加使泵气过程负功增加,排气压力每增加10kPa,泵气过程平均指示压力减小约9.8~10.7kPa,减小百分比约13%。

微动磨损对发动机机体可靠性的影响及研究

采用有限元计算和断口分析等多种手段对机体与轴承盖之间的微动进行分析,从微观角度揭示微动磨损对机体可靠性的影响,并针对性地提出改进方法。

组合喷射对双对置二冲程发动机燃烧过程影响的计算研究

针对双对置发动机采用双喷油器侧向喷油的特点,开展了不同组合喷油策略对缸内燃烧放热的模拟计算研究。首先建立了仿真计算模型,验证了模型参数选取的合理性,在此基础上分析了2个喷油器的循环油量分配比例、喷油始点、喷孔直径、喷油持续期等组合方案对燃烧放热规律以及发动机性能的影响,并以性能指标和降低压升率为目标得到了优化的组合方案。

发动机缸内流动显示试验研究

在水洞中采用氢气泡流场显示技术对发动机气缸内流动进行了试验研究。结果表明,在不同气门升程下,缸内流动结构整体上是相同的。离缸盖底面越近,进气道出口射流形成的旋涡数目越多。随着观察截面远离缸盖底面,旋涡逐渐汇合,且旋涡强度不断减弱,最终演变为双涡结构。气门升程越小,气缸内双涡结构出现的位置离缸盖底面越近。氢气泡流场显示技术为研究发动机缸内旋涡流动提供了一种简单有效的方法。

考虑贫油和高边界压力的发动机顶环-缸套润滑与承载性能分析

为降低发动机润滑油消耗以及由此带来的排放,活塞环缸套系统一般处于贫油润滑状态,特别是顶环与缸套间的贫油状况更严重。贫油状态下,活塞环-缸套间润滑油膜在出口区破裂后很难再形成,同时在燃烧上止点附近的高边界压力下气体承载也难以忽略。因此,以某柴油机顶环-缸套系统为分析对象,基于平均雷诺方程和无再形成边界条件,分析贫油和高边界压力下顶环-缸套界面间的润滑、接触和气体承载问题。研究结果表明,贫油工况下,由于油膜破裂后没有再形成,高边界压力的影响显著,对高爆压强化机型来说顶环-缸套间的气体承载力甚至会大于油膜承载力和接触承载力。

天然气发动机混合器结构设计研究

混合器结构对保证天然气与空气的混合以及两者的流量满足合适的比例有着重要影响。通过理论计算分析,得出满足天然气发动机正常工作的混合器喉口直径与燃气孔直径的关系。根据发动机过量空气系数与平均有效压力关系,针对某发动机进行了混合器管路的结构设计。结合整机实验进行空燃比测试,验证了混合器设计的合理性。

两级增压涡轮几何参数对发动机性能的影响研究

基于涡轮通流模型,建立两级增压通流仿真平台,探讨了两级涡轮几何参数的改变对发动机性能的影响规律及原因,采用该平台对某车用两级增压柴油机进行仿真研究,并完成两级涡轮新的匹配设计。匹配结果表明,通过合理设计两级涡轮几何参数,可使该发动机低速扭矩提高7.4%,燃油消耗率降低6.9%。

增压GDI发动机全负荷工况扫气特性及气门正时策略优化研究

利用GT-Power软件建立仿真模型，开展了进排气压力波动分析，针对全负荷7个稳态转速点，研究了扫气量和进排气压差的关系，确定了可用扫气转速区域。分别在最大扭矩工况和标定功率工况探讨了气门正时对发动机性能的影响规律，并提出了全负荷工况气门正时优化策略。研究结果表明：在1000～2700 r/min转速范围内，排气上止点附近存在进排气正压差区，扫气系数大于1．03；在最大扭矩工况，增大气门重叠角，可使扫气系数增加，涡前排温明显下降；在标定功率工况，排气门关闭正时在353°A T DC附近时，残余废气系数最小。基于进气量优化气门正时，在全负荷6000 r/min处，进气量提高了19％，残余废气系数降低了0．018，功率提升了21％。在最大扭矩工况附近，增压压力提高了11．7％，涡前压力增大了19．4％。

PRF50燃料低温重整产物对中等负荷下发动机燃烧及排放特性影响的研究

采用试验的方法,利用重整器和发动机台架研究了正庚烷和异辛烷体积比1∶1的PRF50燃料在不同重整温度下的低温重整产物及其对压燃发动机中等负荷下燃烧和排放特性的影响。研究结果表明,PRF50燃料在450K^750K的重整温度下低温反应放热量较少,重整器内温度基本不变。重整产物中的轻烃分子对发动机燃烧具有促进作用,可以使燃料重心(CA50)提前,而产物中的CO、CO2对燃烧具有抑制作用;随着重整温度的提升,重整产物促进作用逐渐增强,达到最高值后逐渐减弱;在相同喷油时刻下,随着重整温度的增加,指示热效率先逐渐升高后降低,最多提高2%。

发动机机体凸轮轴安装孔加工工艺研究

在刀杆中间无法设计安装支撑的情况下,分析研究一种长距离同轴孔的加工工艺方法,解决某型号发动机机体凸轮轴安装孔的加工问题。

发动机连杆失稳试验研究

通过对压杆失稳理论进行研究,提出了测试发动机连杆失稳临界载荷的电测试验法。试验研究结果表明:对发动机连杆在工作过程中失稳的校核是必要的;通过电测试验来获得连杆的失稳临界载荷具有周期短、结果精确的优点;试验所测发动机连杆为小柔度杆,其在工作过程中受到的破坏属于强度问题,应从结构、应力及疲劳安全性等方面解决。

发动机低温起动加温锅性能匹配研究

为进行发动机低温起动加热系统加温锅性能匹配,采用AMESIM软件建立了某发动机加热系统模型,研究了不同的加热功率对发动机起动性能的影响。结果表明:存在一个满足起动性能要求的最小的加热功率,同时也存在使起动准备时间最短的最佳加热功率。其结论对匹配加温锅功率具有一定的参考价值。

发动机机体滑块孔加工工艺研究

分析研究某无连杆发动机机体导向孔加工工艺,介绍使用曲面加工工艺分体加工上下半圆孔,然后组成高精度孔的工艺方法。重点分析分体加工方式及检验精度对加工精度的影响,通过分别控制左右曲轴箱体的精度,来保证组合后的精度,解决方形圆弧孔难加工的问题。

齿形链在高速重载发动机上的正时传动应用研究

齿形链在小排量发动机上的应用较为普遍,但在高速重载发动机上应用较少,本次将针对某高速重载发动机上正时齿形链的应用情况,进行工程设计、强度计算、部件试验研究、整机试验研究几个方面的详细分析,确保齿形链系统在某高速重载发动机上的使用可靠。并为齿形链在高速重载发动机上的工程应用提供通用设计、试验技术。

涡轮活塞组合循环(TPCC)发动机性能试验研究

为同时发挥涡轴燃气轮机和往复活塞式内燃机的优点,提出一种热力循环可变的新概念热机——涡轮活塞组合循环(TPCC)发动机。选型设计原理样机,搭建试验台架,对原理样机的循环切换过程及循环耦合前后基型活塞机和基型涡轮机的性能变化进行试验研究。结果表明:在气路完全隔离条件下,TPCC发动机可在涡轮机循环、活塞机循环及涡轮—活塞联合循环3种基本热力循环间自由切换;在联合循环中,由于基型活塞机高温排气的掺混作用,基型涡轮机的性能将得到明显提升;切换阀门的节流损失显著影响原理样机联合循环中活塞机乃至整个联合循环的性能。