气门间隙对进气门工作可靠性的影响

为解决某船用发动机进气门断裂故障,排查零部件的技术因素、装配过程、强度分析、气门检查等,确定故障原因;采用配气机构动力学仿真和有限元分析验证故障原因,提出改进措施。结果表明:进气门断裂的主要原因为进气门间隙过大,造成进气摇臂与进气门之间的接触力及进气门落座力增大,导致气门锁夹下边缘和阀杆下部应力集中,安全系数下降;气门间隙调整需在气缸位于压缩上止点时进行,并按照发火顺序调节其余各缸气门间隙,提高气门工作的可靠性。

某新型高功率四冲程柴油机燃烧室设计参数研究

以缸压、放热、油耗趋势、排放趋势、壁面传热、空气利用率作为衡量柴油机燃烧特性的关键,研究了某大功率四冲程柴油机17组不同燃烧室型线和喷嘴规格对燃烧特性的影响。研究表明,对于此类发动机,当喷孔数量、喷孔夹角、燃料流率和活塞碗型线中的3个变量固定时,8孔喷嘴具有更低的油耗、NOx排放,但缸盖、缸套传热较高;145°喷孔夹角喷嘴将导致燃油分布和燃烧过程较差,导致NOx排放和油耗偏高;高燃油流率可降低指示油耗和NOx排放,但缸盖传热增加,缸套传热降低;增加碗口与喉口的深度和角度都将导致NOx排放升高但油耗获得细微改善,增加碗口角度不利于提升空气利用率,增加喉口深度和角度均会导致缸盖和缸套的传热显著升高。

某V型高速船用柴油机油底壳结构轻量化设计

以某V型高速船用柴油机油底壳结构为研究对象,基于油底壳数学优化模型,应用Optisrtuct计算平台,以质量最小为优化目标,对油底壳结构的板材厚度进行尺寸优化,对横隔板进行拓扑优化,确定油底壳板材厚度组合和横隔板构型的设计方案。结果表明:相较于原始传统方案,优化后的油底壳质量下降28.7%的同时,静强度储备提升18.9%,基频提升17.8%,实现了柴油机油底壳轻量化的目标。这验证了柴油机油底壳轻量化设计方法的可行性,能够快速得到较好的设计方案,能为柴油机其他部件轻量化设计提供方法借鉴。

高速大功率柴油机连杆大端孔椭圆度加工与控制

通过对高速大功率柴油机连杆机械加工和检验过程中出现的问题进行分析,针对性地制定改善方案进行验证,确定了导致该问题发生的原因,分析验证的过程中梳理了影响连杆大端孔椭圆度的多种因素,并提出了改善建议。

船用中高速柴油机机体铸造工艺

基于柴油机机体铸造工艺成型方法,对几种船用中高速柴油机机体铸造工艺进行分析对比,对中高速柴油机机体铸造工艺发展趋势进行阐述。通过优化柴油机机体铸造工艺,突破船用柴油机机体铸造关键技术,机体铸造质量得到提高,可为相关中高速柴油机机体铸造工作提供指导。

船用中高速柴油机燃油喷射系统自主研发现状与发展

介绍国外船用中高速柴油机燃油喷射系统的发展历程。针对国内船用中高速柴油机燃油喷射系统技术,分阶段展开详细介绍。展望未来船用中高速柴油机燃油喷射系统技术,指出未来技术发展的重点主要聚焦提高喷射压力、优化喷油规律以及研发新燃料喷射系统。

生物柴油燃烧过程内窥镜高速摄影试验研究

采用内窥镜直接高速摄影的方法,对燃烧柴油和生物柴油发动机的燃烧过程进行了试验研究,分析了柴油、生物柴油、不同比例的生物柴油/柴油混合燃料的着火延迟期、着火点位置、燃烧温度和燃烧速度的变化规律。研究结果表明:燃油喷射过程中,柴油的喷雾锥角大于生物柴油的喷雾锥角;生物柴油在预混燃烧阶段的燃烧速度大于柴油,其最高燃烧温度小于柴油。在相同工况下,生物柴油的燃烧终点早于柴油,燃烧持续期也小于柴油。燃烧生物柴油时,高转速工况下的燃烧终点对应的曲轴转角较低转速时有所增加,燃烧持续期对应的角度有所延长。

小型直喷式柴油机喷雾特性的试验研究

为了掌握喷雾的结构和特性 ,利用高速摄像装置和高压容器 ,拍摄了喷雾的逆光图像 ,并研究了喷雾周围介质压力对喷雾贯穿距离、喷雾锥角以及蒸发等喷雾特性的影响。在液滴数密度较大的条件下 ,燃料液滴的蒸发速率受传热过程和雾化质量的影响 ;喷射初期喷雾的贯穿距离和贯穿速度几乎不受介质压力的影响 ;喷雾的贯穿距离受喷油压力的影响不大 ,但随着喷油压力的提高 ,喷雾锥角增大 ,喷雾质量得到改善。

高速柴油机顶置式配气凸轮机构的动力学计算

介绍了高速柴油机顶置式配气凸轮机构的动力学模型 ,用 MATL AB语言编制出变摇臂比顶置凸轮轴配气机构的动力计算通用程序 ,利用通用程序对 CT4 84 Q高速柴油机配气机构进行了动力学计算。计算结果表明 ,当柴油机转速增高到 2 80 0 r/ min时 ,凸轮与摇臂发生脱离现象 ,速度曲线波动较大。

柴油机燃用不同含氧掺混燃料燃烧火焰自发光研究

通过一台改造的光学单缸柴油机,研究了柴油与3种不同含氧燃料掺混后对柴油机缸内燃烧火焰发光的影响.3种含氧燃料分别为丁酸甲酯(MB)、正丁醇(B)和2,5-二甲基呋喃(DMF),掺混体积分数为20%,分别用MB,20、B,20和DMF,20表示.光学发动机转速为1,200,r/min、循环喷油量为20,mg,喷油压力为60,MPa.结果表明:柴油的发光滞燃期与放热滞燃期的差距最大,3种含氧掺混燃料在燃烧过程初期出现明显的、持续时间更长的"蓝焰"化学发光;3种含氧掺混燃料对燃烧碳烟的降低能力依次为DMF 20>MB 20>B 20,DMF 20降低碳烟的能力受滞燃期主导,后两者主要由含氧量决定;含氧燃料的加入减小了燃烧过程中的火焰温度和火焰面积,降低了燃烧过程中的碳烟.

采用EGR的重型柴油机低速高负荷性能与排放特性

以低速高负荷为研究工况,重点研究增压系统、进气温度、废气再循环(EGR)方式和喷油控制策略对采用EGR技术的重型共轨柴油机性能与排放特性的影响.研究表明:合理减小单级增压器的涡轮有效流通面积与压气机流量范围或采用两级增压系统都能有效提升EGR循环能力,同时改善NOx-燃油消耗率(BSFC)和NOx-碳烟(soot)的trade-off关系;随进气温度升高,EGR率的提升和NOx的降低逐渐受到涡前温度过高限制,但降低进气温度能同时显著改善NOx-soot和NOx-BSFC的trade-off关系;相比高压EGR,采用低压EGR能有效增强废气循环能力与增压系统做功能力,显著改善NOx-soot和NOxBSFC的trade-off关系并将NOx降至更低水平;降低喷油压力与推迟喷油定时相结合能在实现等NOx时降低soot.经主-后喷间隔角度和后喷油量优化,采用主喷加后喷射的多次喷射策略能进一步降低soot.

燃烧过程动态可视化装置的研制

研制了一种基于激光高速摄影技术分析发动机燃烧过程的动态可视化装置.它主要由光学发动机、光路系统、数据采集和信号同步控制系统及其它辅助系统组成.与同类装置相比,具有结构简单、成像清晰、分辨率高、操作方便的优点,实现了系统的同步启动与关闭,特别适于燃烧室形状和位置不同的发动机燃烧过程分析.试验结果表明,应用该装置可深入分析和研究发动机的喷雾、燃烧过程,这对寻求降低燃油消耗率、改善排放性能的新方法具有重要意义.

第三代伞状喷雾空间分布特性实验研究

提出了第三代伞状喷雾——贯穿距可调喷雾概念,并在大气压下,对2种碰撞角度、5种启喷压力的第三代伞状喷雾和多孔喷雾进行了高速摄影,比较分析了它们的空间分布特性.结果表明:燃油碰壁使喷雾沿导向锥面呈扇形展开,喷雾贯穿距变短,但喷雾的空间展开面积变大,周向分布更加均匀;通过改变碰撞角度能够调整喷雾贯穿距,从而避免喷雾与燃烧室壁的碰撞;随着启喷压力的增加,喷雾贯穿距和扇形角也相应增大;喷孔数、碰撞角度和启喷压力三者的合理配合对第三代伞状喷雾至关重要.

生物柴油自由喷雾特性的数值模拟和试验研究

运用三维CFD软件,建立了生物柴油和柴油自由喷雾的计算模型,计算了两种燃料自由喷雾的贯穿距离和液滴的索特平均直径,模拟了喷雾的发展历程;利用高速摄影装置,拍摄了两种燃料自由喷雾历程的照片。对两种燃料的喷雾特性进行了比较分析,对喷雾特性差异的成因进行了探讨。研究结果表明:模拟计算与高速摄影试验结果基本一致;生物柴油喷雾的贯穿距离和索特平均直径均较柴油的大,喷雾锥角较柴油的小;燃料的密度、粘度和挥发性的差别是导致喷雾特性差异的主要因素。

用高速摄影对比分析伞喷与 HL 喷雾特性

采用激光片光照明，对伞喷喷雾与ＨＬ喷雾高速照相进行宏观特性对比分析研究．启喷压力２４．５００ＭＰａ，高压容器背压分别是０．０９８、０．９８０和１．９６０ＭＰａ，一次喷油量２８．５ｍｇ／循环，喷射频率８．３Ｈｚ．用分散率来评价喷雾的分散特性．由高速摄影对比表明，在低背压时伞喷与ＨＬ喷雾都呈空心锥状体，在高背压时ＨＬ喷雾贯穿距离与伞状喷雾相比增长２５％．

生物柴油碳烟特性的可视化研究

在1台光学可视化发动机上,采用高速摄影法,对不同掺混比例的柴油/生物柴油混合燃料进行研究,获取缸内燃烧火焰图像,通过双色法得到表征缸内碳烟总体分布的KL因子,分析了生物柴油对缸内燃烧过程和碳烟生成特性的影响。研究结果表明,随着生物柴油掺入比例的增加,最高燃烧压力逐渐降低,滞燃期相对延长,燃烧持续期缩短,火焰的亮度和分布面积都随之下降。KL因子的最高浓度降低,碳烟较浓的分布区域减小,碳烟的氧化进程加快。

天然气/柴油双燃料射流喷射及其相互作用试验

在定容弹上利用高速摄影纹影法开展了不同环境压力和喷射压力下的天然气/柴油双燃料高压喷射射流特性试验.通过纹影照片得到了不同喷射压力和环境压力下的射流贯穿距、射流锥角和射流面积随时间变化的规律.结果表明:随着环境压力增大,天然气贯穿距和射流面积减小,射流锥角增大;随着天然气喷射压力增大,天然气射流贯穿距与射流面积增大,气体射流锥角逐渐减小.在较高环境压力和喷射压力情况下,双燃料喷射中的柴油射流对天然气射流的发展具有促进作用.当环境压力达到0.9,MPa时,双燃料射流中的气体射流锥角比单燃料射流高出12%,,双燃料射流中的气体射流贯穿距比单燃料射流整体低了5%,左右.

高速柴油机活塞温度试验与热力耦合仿真

为改善现代高速、高强化柴油机活塞热负荷高的难题,以算例柴油机实测活塞温度为依据,利用温度拟合法模拟计算得出的温度场与实测结果吻合良好。以活塞、活塞销、连杆和气缸套作为耦合系统,在考虑各组件接触关系的基础上,将计算得出的活塞温度场作为温度载荷与标定工况下的燃烧压力、惯性力等机械载荷进行热力耦合计算,求得活塞在热力耦合作用下位移场分布情况。根据计算结果,对活塞结构做适当改进并进行模拟计算。研究结果表明:改进后活塞最高温度降低26℃,验证了结构改进的合理性,有效降低了高速柴油机活塞的热负荷。

燃料设计改善发动机燃烧和排放的研究(2)——对柴油机燃烧与排放影响的分析

根据本文第一部分提出的含氧燃料设计思想与方法,以碳酸二甲脂(DMC)为例,研究了较宽比例范围内的DMC柴油混合燃料对柴油机的燃烧与排放特性的影响。在一台高速柴油机上测量了各种混合燃料在最高转速下的负荷特性和速度特性,以及主要工况下的示功图,并对燃烧特性进行了分析。试验结果发现:在柴油中加入一定比例的DMC后,由于物性参数的变化和喷雾特性的改善,混合燃料能够改善柴油机的燃烧与排放———热效率得到明显的提高,尤其在低转速下改善显著;烟度和氮氧化物排放同时降低,外特性线上的一氧化碳降低,碳氢排放仍然很低。对燃烧特性的分析发现:DMC柴油混合燃料的着火延迟延长,燃烧速率加快,燃烧持续期缩短。

DMCC技术在高速船用柴油机上的应用研究

为使船舶柴油机能够燃用低燃点的甲醇燃料,本研究在一台高压共轨涡轮增压高速四冲程柴油机的进气道安装一套甲醇喷射系统,通过甲醇电控单元(ECU)与柴油ECU协同工作,实现了船用发动机柴油/甲醇双燃料燃烧(DMCC)。试验结果表明:改装后的发动机可以用双燃料模式工作,其燃烧相位都较纯柴油模式时有所提前,主放热时刻更接近上止点,并且最大缸压、放热率峰值和最高压升率都高于纯柴油模式。双燃料模式(加装DOC)时可以满足国Ⅰ排放标准,CO、HC和NOx加权排放均低于纯柴油模式,PM排放与纯柴油模式相当。主要工况的甲醇对柴油的替代率都超过40%,最高达到55%,仅有满负荷工况受最大缸压限制而使替代率为30%左右。