大缸径柴油机燃烧系统优化模拟

为提高某缸径200 mm船用发电柴油机的燃油经济性,本文设计了活塞燃烧室和燃油喷射系统的升级方案并进行了模拟优化。升级方案提高了压缩比和燃油喷射压力,采用大径深比浅ω燃烧室配合158°喷油夹角喷油嘴。对不同方案下发动机的缸内工作过程进行了计算流体力学模拟,计算了高压指示功和放热率相位,分析了缸内温度、反应过量空气系数和速度分布及演化。模拟结果表明:升级方案能够提高发动机热效率。增加喷孔数并减小孔径,可以在保持NOx排放基本不变的条件下提高高压指示功4.5%,降低碳烟排放约60%。采用“平顶”浅ω燃烧室与158°喷油夹角喷雾配合,油气混合气快速进入余隙并形成逆时针的漩涡流动,能够加速油气混合和燃烧过程,提高热效率。

合金灰口铸铁气缸套组织形貌与耐磨性研究

针对5种成分和组织的灰口铸铁气缸套,包括2种贝氏体铸铁气缸套和3种珠光体铸铁气缸套,全面分析了其成分、相组成及硬度等材料特性,将喷钼活塞环与5种合金灰口铸铁气缸套对磨,通过比较各配对副的摩擦磨损性能,获得了喷钼活塞环与5种合金灰口铸铁气缸套的匹配规律。研究结果表明:5种气缸套材料均为由硬质相、基体和石墨构成的复合耐磨结构,各组分的性能、分布及其配比,是决定耐磨性的关键因素。珠光体基体气缸套的磨损量相对稳定,气缸套与活塞环的相对磨损量正常;铸态贝氏体气缸套磨损较轻,配对活塞环的磨损量比珠光体气缸套大;贝氏体气缸套和活塞环的磨损均量很小。

柴油机喷油器喷孔内流穴蚀风险分析

针对柴油机喷油器喷孔内空化流动及穴蚀磨损问题,建立了孔内燃油流动的仿真三维模型,并且通过可视化试验验证了模型的准确性。在R_(rs)冲蚀风险预测模型的基础上,将微射流速度、水锤压力和侵蚀强度系数引入公式,建立了喷油器喷孔内流穴蚀风险预测模型,实现了穴蚀损伤位置的定量表征。采用该模型研究了喷孔不同当量入口圆角半径、不同喷孔倾角和不同当量表面粗糙度对喷油器喷孔穴蚀磨损的影响。计算结果表明,穴蚀磨损区域主要位于喷孔入口处和喷孔上侧表面,且当量入口圆角半径对穴蚀磨损的影响大于当量表面粗糙度和喷孔倾角,因此可以优先考虑增加喷孔入口圆角半径以减小穴蚀磨损,提升喷油器寿命。

高原高寒地区某工程机械柴油机典型故障分析

针对高原高寒条件下某工程机械柴油发动机启动困难现象进行研究,根据故障现象,对不同故障原因进行分析,并给出故障检测、排除方法及预防措施。

机械挺柱与液压挺柱配气机构动力学分析及评价

以某型柴油机配气机构为研究对象,将原机械挺柱改为液压挺柱,设计新状态凸轮型线,改良配气机构结构,基于AVL EXCITE Timing Drive软件建立液压挺柱配气机构运动学与动力学模型,对液压挺柱配气机构进行动力学分析。在全转速范围内开展液压挺柱与机械挺柱配气机构动态特性测试,动态特性测试与动力学性能仿真均表明,液压挺柱配气机构落座冲击载荷与落座速度小于机械挺柱配气机构,且预测值与实测值误差小于6.7%,验证了配气机构动力学测试方法的合理性与分析评价方法的准确性。

高压油管结构对喷油速率影响的试验研究

为探究高压油管结构对喷油速率的影响,采用EFS喷油速率试验台进行了不同高压油管长度、折弯半径以及内径下的喷油速率试验。试验结果表明:高压油管内部的压力振荡对喷油速率影响显著,大喷油脉宽下会出现喷油速率上翘的现象,导致喷油量增加;高压油管的结构参数对喷油速率的影响形式不一,高压油管的长度主要影响喷油速率上翘的时刻,高压油管的内径主要影响喷油速率的数值和上翘的峰值,而高压油管的折弯半径对喷油速率几乎无影响。

基于1 DCNN-GWO-SVM的柴油机喷油系统故障诊断方法研究

准确、有效的故障诊断是柴油机安全可靠运行的重要保障。基于热工参数诊断的方法存在测点多、专业性强等问题,传统机器学习结合振动信号诊断方法存在人为影响因素过高、不确定性大等问题,因此提出了一种基于1DCNN-GWO-SVM的柴油机喷油系统故障诊断方法。首先利用一维卷积神经网络(one-dimensional convolutional neural network,1DCNN)对时域下的柴油机振动加速度信号进行自学习特征提取,然后利用提取到的特征向量训练支持向量机(support vector machine,SVM)分类模型,并利用灰狼优化算法(grey wolf optimization,GWO)对SVM的C,g等超参数进行寻优,以此来实现对柴油机的“端对端”故障诊断。在实例验证中,1DCNN-GWO-SVM在测试集上能达到99.10%的诊断准确率,优于传统的机器学习故障诊断方法,并且在信噪比为分别10 dB,20 dB,30 dB的干扰环境下,依然能保持90%以上的诊断准确率。结果表明:1DCNN-GWO-SVM是一种预测精度高、泛化能力强、抗干扰能力强的柴油机“端对端”喷油系统故障诊断方法,具有实际工程应用价值。

台阶型和斜锥型燃烧室对高强化柴油机燃烧过程影响的试验研究

为了提高高强化单缸柴油机燃烧室内空气利用率、优化油气混合过程,设计了台阶型和斜锥型缩口燃烧室,通过试验方法得到喉口直径对燃烧过程的影响规律。口径为72 mm的台阶型缩口燃烧室能够在过量空气系数1.5~1.7条件下达到平均有效压力(BMEP)为2.6 MPa的目标,并具有较低的油耗、排温和烟度,燃烧持续期短;在相同BMEP(2.6 MPa)下,斜锥型缩口燃烧室比台阶型缩口燃烧室具有更低的油耗、排温和最高燃烧压力,放热速率更快、燃烧持续期更短。

SCR系统混合器与喷雾参数的数值模拟研究

为了进一步提高SCR系统的脱硝性能,首先,利用UG软件建立SCR系统的三维模拟模型,将其导入计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件中进行数值模拟仿真分析;然后,通过将仿真结果与试验数据进行比较,验证模拟模型的准确性和可靠性;最后,通过改变混合器的数量及其前后位置,以及调整喷射结构参数,研究这些因素对氨气均匀性的影响,进而分析了他们对SCR系统性能的影响。研究结果表明:喷射位置应设置在距离催化反应器进口处5D~7D(D表示管道直径)的地方;喷射孔的最佳数量为8个;喷射锥角为40°最为合适。此外,研究还发现,混合器的数量及其位置的变化能够显著提高尿素喷射雾化的效果,但同时也会增加SCR系统中的压力损失。因此,在提高喷射雾化效果的同时,必须考虑到压力损失的影响。本文的研究结果可以为SCR系统的尿素喷射参数优化提供理论参考和借鉴。

柴油机高压共轨喷油器针阀体裂纹分析

为解决喷油器针阀体肩胛圆角处开裂故障,采用扫描电子显微镜、能谱分析仪、显微硬度检测、计算机断层扫描等方法分析故障原因及失效机理并提出解决方案。结果表明:失效位置表面含有S、Cl等腐蚀性元素,裂纹表面存在多处不规则腐蚀坑,裂纹处维氏硬度比肩胛处降低了28%,最小壁厚比正常件减小了47%,腐蚀性裂纹是导致针阀体失效的主要原因。可采用使用符合国家标准的燃油及在针阀体表面增加涂层等解决针阀体腐蚀失效问题。

某8缸柴油机脉冲增压排气管布置对排气干扰的影响

为解决某直列8缸脉冲增压柴油机各缸排气干扰问题,设计4种排气管布置形式,利用GT-Power软件搭建柴油机模型,分析排气管布置形式对排气干扰的影响,并进行优化和试验验证。结果表明:排气管的布置形式和发火顺序是产生排气干扰的主要因素,各缸扫气不均匀是排气干扰的直接原因,在25%额定负荷时过量空气系数异常降低;4排管结构、增压器双流道、单个流道排气间隔曲轴转角为180°的排气管布置型式在低负荷工况下排气压力会高于进气压力,各缸形成均匀排气干扰;排气门开启曲轴转角由120°推迟至140°后,过量空气系数由1.82提高至2.15,低速性能明显改善。

发动机排气管漏气失效分析与改进

为解决某发动机在耐久试验过程中出现的排气管严重漏气问题,分析排气管材料、螺栓力矩、排气管与增压器和气缸盖结合法兰平面度,结合排气管、气缸盖、垫片的面压试验结果,确认排气管漏气原因,并对排气管结构进行针对性优化,对优化后的排气管进行面压试验和台架试验验证。结果表明:排气管垫片密封带不均匀、不连续,部分位置面压较小,排气管法兰面平面度不满足要求,法兰面加工后严重变形是排气管漏气的主要原因;结合仿真计算的排气管垫片密封性能,在排气管漏气位置增加加强筋、增大排气管法兰面厚度,解决了排气管漏气故障。

基于高周疲劳分析的船用柴油机活塞结构优化设计

针对某船用柴油机活塞的温度场和热机耦合应力场进行分析,并基于高周疲劳分析理论评估其疲劳强度。仿真结果显示,危险部位位于内腔上侧圆角过渡处和活塞顶面中心区域,应力幅值过大是导致安全系数较低的原因。针对此问题,进行结构改进,包括活塞支撑筋位置调整、销孔顶部支撑结构厚度增加和内腔上侧圆角过渡处调整,同时调整泄油道结构以改善冷却效果。结果表明,将活塞支撑筋移至销座1/2处、增加销孔顶部支撑结构厚度及调整内腔顶面圆角过渡处,有效提升了活塞顶面承载能力,降低应力幅值,显著提升安全系数。改进后的活塞满足设计要求,为未来船用柴油机活塞结构设计提供了参考依据。

柴油机低温冷启动改善措施研究进展

柴油机冷启动是柴油机在低温环境中应用的重要问题,影响柴油机低温冷启动性能的因素可以分为四类,分别为燃料特性、润滑油、燃烧室设计及低温冷启动辅助措施、燃料喷射策略。从这四个方面对柴油机低温冷启动改善措施的研究进展进行介绍,并提出相关建议。

高压共轨系统喷油嘴开裂失效分析及优化

为解决某高压共轨系统油嘴开裂故障,通过宏观形貌分析、扫描电镜分析、能谱分析、断口金相分析、硬度测试等查找故障原因,并对油嘴材料、结构和工艺进行优化。分析结果表明:机组用燃油中含有P、K等腐蚀性元素形成酸性环境,安装工艺导致油嘴肩胛处存在非对称拉应力,肩胛圆角过小导致应力集中,油嘴表面马氏体组织粗大、硬度高造成的应力敏感是油嘴开裂的主要原因。采取优化油嘴材料,将油嘴肩胛处圆角半径由0.45 mm加大到1.20 mm,在喷油器和高压连接器最终紧固前增加预紧工序等优化措施,优化后油嘴经过4000 h的耐久试验未开裂,有效解决油嘴开裂故障。

船用柴油机气缸套内孔平台网纹珩磨加工工艺

针对某船用柴油机气缸套内孔平台网纹珩磨加工工艺,对气缸套加工时的网纹形成机理进行分析,制定平台网纹珩磨工艺路线,并确定相应的珩磨工艺参数和加工设备,以保证平台网纹达到要求。柴油机试车结果证明采用该平台网纹珩磨加工工艺可满足缸套网纹加工高精度要求。

V型高速发动机进气均匀性仿真

基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)三维计算分析方法,研究V型高速机A/B两排进气管进气均匀性。设计4种不同结构的进气管,并进行均匀性仿真分析,结果表明:采用平行进气式,A/B两排速度均匀性随负荷降低而逐渐递增;采用由上往下进气式,A排速度均匀性逐渐递增,而受管内气体旋转流动的影响,B排均匀性呈现先下降后上升的趋势;采用圆管式三通腔的均匀性优于扁方式;平行进气式导流板会对进气均匀性产生不利的影响。不同工况下的最优方案不同,需根据高速发动机的每个工况来选择最佳的进气管结构。

船用柴油机连杆断裂失效分析

为解决某船用柴油机连杆断裂失效故障,分析连杆断口宏观及微观形貌、金相组织及非金属夹杂物、化学成分及力学性能,确定连杆失效原因,提出改进措施并进行验证。分析结果表明:连杆螺纹孔根部加工粗糙造成应力集中,连杆中非金属夹杂物较多,且存在与螺纹根部呈一定角度的带状偏析,导致非金属夹杂物在螺纹根部露头,加剧应力集中,在交变力作用下产生裂纹并扩展,使连杆断裂。采取降低连杆非金属夹杂物含量、变更连杆锻造工艺、提高连杆螺栓孔加工质量等改进措施后,进行约4000 h实机运行验证,未再发生连杆断裂故障。

船用柴油机止推轴承润滑特性分析及优化设计

针对某型高强化指标船用柴油机止推轴承在试验过程中出现的异常磨损问题,采用三维弹性流体动力学仿真分析方法,比较不同轴向力、油槽、油孔结构对止推轴承承载能力及润滑特性的影响规律并进行试验验证。试验结果表明:当止推轴承承受的轴向力增加时,峰值总压及平均热载最大值无明显变化,但区域有所扩展;采用更利于止推工作面滑油流通的油槽、油孔结构对止推轴承的润滑特性有较大改善,可显著提高其承载能力。

某型柴油机活塞销孔型线多目标优化设计

针对柴油机向高功率密度方向发展对活塞销孔承载能力提出越来越高的要求,提出了活塞销孔型线多目标优化设计方法。首先,建立1/4活塞连杆组热–机耦合模型,通过对比仿真模型的销孔接触压力分布与台架试验下活塞销孔磨损情况,验证了仿真模型的准确性。随后,选取销孔型线参数为设计变量建立活塞销孔型线参数化模型,以活塞销孔峰值接触压力和销孔、内冷油腔、燃烧室喉口的最大等效应力为优化目标,在设计空间内进行优化拉丁超立方采样,结合响应目标值建立Kriging代理模型,并使用决定系数验证其精度。最后,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对销孔型线进行多目标优化,获得了销孔型线优化设计参数。结果表明:在保证活塞其他重要部位应力取得较小值的情况下,优化后的销孔峰值接触压力降低了24.5%。