临界温度下循环喷油量对柴油机冷起动和排放特性的影响

为探明循环喷油量对小型农用柴油机冷起动特性和排放性能的影响规律,同时寻求其临界温度下的最佳循环喷油量,该研究以一款直列双缸高压共轨柴油发动机为研究对象,利用环境模拟舱整机试验平台,通过多次预试验测得海拔2000 m下,该机不开启预热装置能够成功起动的临界温度为-5℃。在此工况下,采用3次喷射方式,通过改变主喷油量研究循环喷油量对该机冷起动特性和排放性能的影响。结果表明:较大或较小的循环喷油量均会导致柴油机冷起动时间增加,甚至起动失败;随着循环喷油量增大,冷起动时间先减小后增加,循环喷油量为20 mg时冷起动时间最短,且HC、CO排放峰值均最低,分别为12984和3008 mg/L;增大或减少循环喷油量均会导致HC和CO排放峰值增加。循环喷油量较大时,CO排放峰值显著增加,并且峰值出现时刻提前。改变循环喷油量对NOx排放峰值有较大影响,循环喷油量为30 mg时NOx排放峰值最小,为368 mg/L。综合考虑,海拔高度2000 m,环境温度-5℃工况下该柴油机起动的最佳循环喷油量为20 mg。研究结果可为柴油机冷起动特性和排放优化提供支撑。

农用柴油机活塞环组机油消耗和窜气的灰色关联分析与预测

活塞环组的润滑和密封性能直接影响柴油机的动力性、经济性和排放特性,机油消耗量(lube oil consumption,LOC)和窜气量(crankcase blow-by,CB)是评估活塞环组润滑和密封性能优劣的主要指标。为探究影响农用柴油机活塞环组LOC和CB的影响因素及LOC和CB对影响因素的敏感程度,该研究提出农用柴油机活塞环组LOC和CB的多影响因素系统分析及预测方法。以YNF40农用柴油机为对象,首先搭建柴油机LOC和CB测试台架,建立活塞环组运动学与动力学仿真模型并验证模型的精确度和可靠度,然后采用灰色关联分析(grey relation analysis,GRA)得到不同影响因素的灰色关联度(grey relational grade,GRG),并基于此进行影响因素敏感性分析,最后基于BP神经网络建立不同转速工况下LOC和CB瞬态变化的时间序列预测模型。多因素GRG分析结果表明:对活塞环组LOC和CB影响最敏感和最不敏感的因素分别是活塞第一环槽下边缘倒角和活塞第三环槽背隙,其对应的GRG分别为0.89279和0.58361,得到目标与影响因素敏感程度的降序排列为:第一环槽下边缘倒角、顶环开口间隙、第一环槽下侧环岸间隙、第二环槽侧隙、第二环槽下边缘倒角、第二环开口间隙、第三环槽上边缘倒角、油环开口间隙、第二环槽上边缘倒角、第一环槽背隙、顶环切向弹力、第三环槽上侧环岸间隙、顶环环槽下侧轮廓倾角、第二环槽下侧环岸间隙、第一环槽上侧环岸间隙、配缸间隙、第三环槽侧隙、第一环槽上边缘倒角、顶环环槽上侧轮廓倾角、第一环槽侧隙、第二环槽上侧环岸间隙、第三环槽下边缘倒角、第二环槽背隙、第三环槽下侧环岸间隙、顶环上端缩减量、第三环槽背隙。LOC和CB随活塞第一环槽下边缘倒角和活塞第三环槽背隙变化的平均标准差分别为2.81、3.90和0.003、0.209。各影响因素与LOC和CB的GRG越大,LOC和CB随影响因素变化的平均标准差越大,对影响因素越敏感。BP神经网络时间序列预测结果表明:预测值与真实值的变化趋势较一致且都分布在95%置信带以内,模型具有较高的预测精度。研究结果可为农用柴油机提高热效率、减少和控制碳排放提供有效指导。

间壁式换热机油箱传热优化研究

为了解决润滑油在低温环境中凝结成固体影响正常使用的问题,开展了机油箱内润滑油的相变传热及强化研究.通过试验测量润滑油被加热时的温度场分布,基于传热学理论建立了加热凝固润滑油的相变传热一维模型,计算出了换热管更合理的布置方式.结果表明:一维传热模型的计算结果与试验结果的相对误差在5%以内,证明模型可用于后续的研究.固相润滑油密度大于液相润滑油密度.在机油箱纵向截面从下到上的高度位置上,润滑油的温度呈现出逐渐增大的趋势.在机油箱的中间位置排布换热管使润滑油的加热更充分,换热管水平排布使润滑油的加热更均匀,换热管竖直排布会使润滑油的相变分布区域呈现出明显的方向性,换热管正上方的润滑油融化速率更大.换热管倾斜角度在19°以内能提高润滑油的融化速率,超过临界角19°则不利于传热.将换热管布置为倒Y型能缩短固相润滑油完全融化为液相的时间,比单列布置的融化时间缩短了20%,比双列布置的融化时间缩短了41.6%.通过改变换热管的排布方式能有效提高凝固润滑油的融化速率,减少时间和能源的消耗.