高强化柴油机冷却系统智能控制研究

冷却系统在柴油机中扮演着至关重要的角色,对多项性能指标尤其是冷启动和小功率运行阶段的排放与经济性有显著影响。本文综述了当前世界范围内发动机热管理的现状,分析了高强化柴油机热管理的发展方向,提出了两条控制路径:一是优化发动机散热系统,提升冷却液运行温度,降低冷却系统附件功耗;二是优化发动机活塞冷却系统,提升活塞运行温度,减少活塞冷却系统的泵油能量损失。

Thermal Analysis of a Novel Oil Cooled Piston Using a Fluid-Solid Interaction Method

Thermal load has a vital influence on the normal operation and service life of diesel engines.In this study,the thermal load and oil-cooling effect on diesel engine pistons were investigated by means of computational fluid dynamics.In particular,the flow and heat transfer characteristics of the cooling gallery were determined during the oscillation of the piston.Moreover,the temperature field distribution of the piston with and without the cooling gallery were compared.The results revealed that the cooling gallery has a prominent effect on reducing the thermal load on the piston crown and piston lands.To fully understand the oscillating heat transfer effect related to the cooling gallery and verify the accuracy of the calculation,the numerical results were also compared with temperature values experimentally measured at key positions of the piston.The measurements were found to be consistent with the calculation results within an acceptable error range,which proves the rationality and accuracy of the mathematical and numerical models used.

某船MTU956V20型主柴油机故障原因分析

本文针对某型主推进柴油机完成修理后在台架试验中发生连杆轴承烧蚀故障,详细对故障原因进行排查和分析,提出针对性质量改进措施。

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。

基于活塞传热与强度分析的内冷油腔的优化

采用内冷油腔冷却可显著加强活塞的传热,但也会影响活塞头部的强度。为系统研究活塞结构与位置参数对活塞传热与结构强度的影响,优化内冷油腔的型式与其在活塞中的位置,以一款高压共轨柴油机活塞为研究对象,结合活塞的温度场测试,建立了活塞流固耦合传热有限元模型,对活塞的传热与结构强度进行了分析。在此基础上,采用正交试验设计法,分析内冷油腔的型式、距顶面距离和表面积3个因素对活塞传热与强度的影响。结果表明:3个因素对最高温度的影响基本相当,但其中表面积的影响最大,距顶面距离稍小,型式的影响最小。适当减小油腔的表面积可改善活塞顶面受热和油腔、回油孔和销座位置的应力集中,并减小变形量。

柴油机活塞二阶运动对内冷油腔机油振荡流动与传热的影响

柴油机活塞的二阶运动不仅影响活塞侧击力、摩擦磨损、机油耗和漏气量,而且还对活塞内冷油腔内机油的振荡流动与传热性能产生影响。在活塞动力学与运动学分析的基础上,结合活塞内冷油腔内的振荡传热性能模拟试验结果,采用计算流体力学仿真方法,建立了包含往复运动与二阶运动的计算流体力学仿真模型,研究了活塞二阶运动对内冷油腔内机油的振荡流动与传热性能的影响规律。研究结果发现,二阶运动的径向运动主要影响内冷油腔中机油的振荡流动,偏摆运动主要影响内冷油腔的瞬时换热性能。二阶运动使内冷油腔的瞬时充油率降低,循环平均降低4.6%。对油腔壁面的瞬时换热性能影响很大,最大的变化幅值为24.9%。对于整个换热过程,虽然充油率降低,但平均换热系数变化不大。因此,二阶运动对内冷油腔综合换热性能的影响可以忽略不计。该研究可为耐高温高强度铝合金活塞的设计提供理论和技术参考。

高速柴油机活塞热负荷仿真与结构优化

为解决某四缸高速柴油机因活塞高温导致拉缸问题,在实测活塞工作温度的基础上,利用温度拟合法模拟计算活塞温度场,计算结果与实测温度良好吻合。将模拟计算结果作为温度载荷对活塞进行热负荷有限元分析:活塞头部和活塞裙部在直径方向上热变形均大于配缸间隙,活塞工作中热负荷过大是发生拉缸的真正原因。根据分析结果,对活塞结构进行适当的改进并进行模拟计算。结果表明:改进后活塞头部和第一环槽最高温度分别降低了23℃和26℃,验证了结构改进的合理性,避免拉缸故障的发生。

沙漠车用陶瓷活塞顶的研制

氮化硅陶瓷活塞顶是无冷机的关键部件之一．本工作选用高熔点的稀土氧化物为添加剂，在气氛加压炉内1800～1960℃，0．1～6MPaN2压力下进行烧结，制备了性能优越的氮化硅陶瓷材料．其常温抗弯强度为750MPa，断裂韧性为7．2MPam1/2，Weibull模数为12．3．使用该材料制备的氮化硅陶瓷活塞顶，装在6105型无水冷柴油机中，在规定的条件下进行耐久考核，已完成700h以上的台架实验，氮化硅陶瓷活塞顶装在EQ2060沙漠车上进行道路试验，已行驶1900km以上，经检验氮化硅陶瓷活塞顶完好无损．

大型船用柴油机活塞多腔振荡冷却的强化机制

活塞是内燃机中热负荷和机械负荷最大的零部件之一,为了确保内燃机活塞的可靠性和寿命,大型船用柴油机往往采用振荡强化传热的方式进行活塞的冷却.为了理解振荡冷却的强化机制,首先进行了活塞冷却油腔壁面对流换热系数的分析,分解出常规流动换热分量、振荡强化换热分量和射流冲刷换热分量,并具体分析了振荡强化换热分量、射流冲刷换热分量和常规流动换热分量的分布特征.随后,基于正交设计方法,研究了活塞振荡腔不同结构参数对活塞内、外冷却油腔填充率和壁面对流换热系数的影响规律,为后续的活塞振荡冷却能力优化提供了方向.最后,针对原型活塞中内冷却油腔冷却能力不够的问题,进行了活塞振荡腔结构的优化.

振荡油腔位置对柴油机活塞温度场的影响

针对某柴油机活塞在工况下第一环槽温度过高,导致润滑油结胶的问题,提出了降低热负荷的改进方案,探讨了由活塞振荡冷却油腔上移对活塞温度场带来影响,通过对比振荡冷却油腔上移1～4 mm活塞温度场、应力场的变化,分析了采用改变振荡油腔位置来降低活塞第一环槽热负荷方法的可行性,提出了在使用提升振荡冷却油腔的方法来降低活塞热负荷时,对油腔提升高度的控制范围。

喷油嘴偶件结构参数对国Ⅲ柴油机排放的影响

结合具体的柴油机机型,介绍了喷油嘴偶件参数对满足车用轻型柴油机国Ⅲ排放的影响。对柴油机喷油嘴之喷孔数量、喷孔直径、压力室进行了设计,在试验分析的基础上确定采用多孔数、小孔径、无压力室结构等喷油嘴参数,并采用具有高泵端压力的PM型电调泵和电控冷却废气再循环系统(EGR)与之匹配,达到国Ⅲ排放标准要求。

风冷柴油机活塞温度场的三维有限元分析

建立某双缸水平对置风冷柴油机的活塞三维实体模型,利用I-DEAS软件突破传统的简化方法,并充分考虑风冷柴油机传热的特点来确定传热边界条件,对活塞温度场进行有限元计算和分析。计算结果表明:活塞头部的温度接近极限,环区温度过高造成运行受阻,并与实际运行出现的情况相符。进一步的实验表明,计算结果与实验值相差小于5%,故该计算方法的计算结果基本上可以指导设计。

基于STAR-CCM＋的柴油机活塞振荡冷却仿真分析

由于柴油机热负荷不断提高,为保证发动机工作的可靠性、耐久性及经济性,必须对活塞进行有效冷却。基于STAR-CCM+软件中VOF模型及Overset功能对柴油机活塞振荡冷却流动与传热性能进行瞬态仿真分析,得到了某机型标定转速下活塞冷却油道机油填充率及壁面换热系数随曲轴转角变化规律,该分析亦可为活塞有限元分析提供热边界条件。

三维有限元分析在发动机改进设计中的应用

为解决双缸水平对置风冷柴油机存在的活塞环粘结问题,首先对已知温度场的同类型的TY180F发动机活塞进行了三维有限元分析,以验证数学模型的正确性;然后建立了双缸风冷柴油机的三维有限元模型,按照TY180F发动机活塞的分析过程并充分考虑风冷柴油机传热的特点确定了传热边界条件,对活塞温度场进行了有限元计算和分析。最后根据计算结果对发动机冷却系统进行了必要的改进,试验结果表明改进后的活塞能避免活塞环粘结问题的发生。

175F风冷柴油机喷油嘴热负荷的试验研究

通过在某型175F风冷柴油机上加装惯性增压管、改进冷却系统等措施,同时采用热电偶测量喷油嘴温度场的方法,对风冷柴油机喷油嘴热负荷进行试验研究.试验结果表明采取这些措施能降低喷油嘴热负荷;特别是同时加装惯性增压管和改进冷却系统,在115%负荷工况下喷油嘴高温区温度降低了29℃,其温度梯度、圆周温差也均有改善.

降低170F1风冷柴油机喷油嘴热负荷的试验研究

在170F1柴油机上采用惯性增压、优化冷却系统等措施进行降低喷油嘴热负荷的试验研究工作:利用热电偶实测不同方案下喷油嘴、气缸盖的温度分布,研究燃烧过程、冷却系统等因素对喷油嘴热负荷的影响,得到了降低该柴油机喷油嘴热负荷的方案,当采用优化冷却系统的措施时可使喷油嘴高温处温度降低13.7℃,其温度梯度、圆周温差也均有改善。

低速二冲程柴油机活塞振荡冷却数值模拟分析

为了分析活塞热负荷,利用CFD软件建立组合式活塞振荡冷却模型,并使用VOF多相流模型对冷却油腔的振荡换热过程进行数值模拟,得到活塞位于不同位置时油腔内机油填充率和壁面平均换热系数。计算结果表明冷却腔内机油填充率在35%左右,其波动不仅与活塞运动状态有关,还与伸缩套管固定管内油压变化有关。将冷却油腔近壁面边界条件作为活塞热分析边界条件,预测活塞温度场。

组合活塞振荡冷却结构的合理设计

通过对引进的20/27柴油机活塞在使用中频繁发生拉缸现象的分析,发现该柴油机活塞冷却设计存在严重缺陷。针对原设计的不足,提出了改进设计方法,按新方法生产的活塞经过出厂试验和实际装船使用证明,活塞冷却效果得以提高,消除了该柴油机因活塞冷却不充分引起的拉缸现象。

某船用柴油机喷油冷却活塞内流动特性仿真

基于Ansys Fluent软件的多相流模型和动网格技术,对某船用柴油机活塞冷却油腔内的流动过程开展三维数值仿真分析,探究不同柴油机转速和喷油速度下冷却油腔内的流场分布规律。研究结果表明:润滑油进入活塞冷却油腔后其形态发生显著变化,伴随活塞上下往复运动,活塞冷却油腔内将填充足够的润滑油;随着柴油机转速的提高,润滑油填充率和捕捉率不断下降;而随着喷油速度的提高,二者不断上升,进一步强化了活塞换热能力。

考虑进气冷却的柴油机活塞温度场分析

考虑进气过程对缸内气体温度和活塞顶面温度分布的影响,通过柴油机缸内燃烧过程仿真获得活塞顶岸对流传热系数、燃气温度曲线以及活塞组热边界条件,进行了柴油机冷起动和标定工况下的活塞温度场分析,利用活塞测温试验对仿真分析结果进行了验证。结果显示,考虑进气冷却影响的活塞温度场计算结果精度较高,与实测特征点温度的相对误差在6%以内,为活塞应力应变分析和结构优化设计提供了准确的边界条件和有意义的参考。