Numerical Investigation of the Effects of Rate-Shaped Main Injection on Combustion and Emission in an OPOC Two-Stroke Diesel Engine

The effects of various split injection strategies on the opposed-piston opposed-cylinder(OPOC)diesel engine combustion and emission characteristics have been studied numerically using AVL-Fire CFD tools.The five rate-shaped main injections were used in split injection strategies.The results show that ignition delay from a rectangular injection rate is the shortest.Maximum pressure of the trapezoid injection rate is the largest.And the NOx emission of the rectangular injection rate is the largest.Meanwhile,the soot emission of the trapezoid injection rate is the least among the five injection rates.

水泥环破碎器矩形异形活塞密封性能分析

针对传统圆柱形液压活塞承载力不足问题,提出一种矩形异形活塞,研究其在不同工况下的密封性能。基于Abaqus软件建立异形活塞有限元模型,研究介质压力、密封间隙、活塞运动状态以及摩擦因数对密封性能的影响,并分析异形密封环不同位置处的应力分布和翻转情况。结果显示:静密封时,介质压力越大,密封环的最大Mises应力和最大接触应力越大;密封间隙越小,最大Mises应力与最大接触应力越大;相比静密封,内行程过程中最大Mises应力和最大接触应力都有明显增加,且随摩擦因数增加而增加,而外行程中最大Mises应力和最大接触应力相比静密封差异较小;各工况下应力最大值均出现在密封环圆弧段;在活塞运动过程中密封圈并未发生翻转,只是存在位置的平移情况。研究结果证明了异形活塞的可行性以及良好的密封性能,为活塞结构设计与优化提供了依据。

轴向柱塞泵配流副油膜温度特性

柱塞泵配流副油膜温度分布影响配流副油膜润滑、泄漏与摩擦。为了探究轴向柱塞泵配流副油膜的温度分布,搭建了配流副三点油膜厚度与多点温度测试平台。根据采集的配流副油膜三点膜厚试验数据,建立了配流副楔形油膜模型;考虑了柱塞腔、配流副油膜对缸体的静压力、配流副表面微凸体间作用力,建立了缸体轴向力平衡方程;考虑了配流副油膜的能量损失、热传导以及油液黏温特性,建立了配流副油膜热平衡模型。结果表明,配流副油膜最高温度值随着压力和斜盘倾角的增大而增大,最高温度点位置保持在高压腰型槽对称线两侧-20°~20°的区域内;最高温度理论与试验结果的相对误差小于8%。

基于活塞形状改变的空气弹簧特性仿真研究

研究汽车装用空气弹簧刚度优化问题,活塞形状对膜式空气弹簧刚度特性的影响较大。为了提高整车的平顺性能,建立空气弹簧简化模型,得到圆台和倒圆台活塞形状下空气弹簧的有效承载半径影响因素。利用ABAQUS软件建立安装圆柱、圆台和倒圆台活塞的空气弹簧有限元模型进行,研究了不同圆台角下圆台活塞空气弹簧的刚度特性。仿真结果表明,在一定范围内,圆台角度越大,空气弹簧刚度也越大,证明与理论分析吻合,并对空气弹簧的设计和匹配具有一定的指导意义。

车用高负荷活塞异形销孔结构发展趋势及加工技术研究

介绍了各类异形销孔的分类及成形原理,指出非圆曲面形销孔是高速强载活塞销孔结构的发展方向。对异形销孔的加工方法及存在的问题进行了分析,指出了现有加工技术的局限性。为实现各类异形销孔的精密加工,提出了一种基于磁致伸缩材料的新型镗杆结构,并对其进行了结构优化和试验验证。试验结果表明优化结果是合理的,为异形销孔的加工提供了一条新途径。

单气室变截面空气弹簧刚度特性及影响因素分析

研究膜式空气弹簧的刚度特性,分析影响膜式空气弹簧刚度的因素。活塞形状是影响膜式空气弹簧的主要因素,不同的活塞形状对应着不同的刚度特性。膜式空气弹簧的刚度特性没有统一的标准,每种活塞形状都有相对应的刚度特性。基于膜式空气弹簧的这种特点,推导出曲线回转体空气弹簧的刚度公式。其中,活塞作用高度与空气弹簧位移的关系是推导单气室变截面空气弹簧刚度特性的关键因素,提出分段推导活塞作用高度与空气弹簧位移关系的方法。在建立单气室变截面空气弹簧的模型过程中,分析活塞结构尺寸变化对单气室空气弹簧刚度特性的影响。在空气弹簧基本结构尺寸确定的条件下,活塞内锥角和活塞高度变化是影响单气室变截面空气弹簧的主要因素。

数控车削中凸变椭圆型面的成形方法

主要研究数控车削中凸变椭圆型面的成形方法。提出了将型面先分解、后合成的成形机理 ,将中凸变椭圆的型面分解为“椭圆”、“变椭圆”和“中凸”三个基本特征 ,对每一种特征进行了数学描述 ,并提出了相应的成形方法。采用微椭圆柱逼近整个型面 。

活塞形状对直喷汽油机工作影响的数值模拟

通过三维CFD软件AVL-FIRE模拟了直喷汽油机的进气、喷油和燃烧等工作过程,对比并分析了4种活塞形状对混合气形成及燃烧过程的影响.计算结果表明:活塞形状对进气量影响不大;对于缸内正滚流和使用多孔高压喷油器的直喷汽油机,"平顶+凹坑"的活塞顶设计更有利于维持缸内湍流强度,并在点火时刻在火花塞附近形成可供稳定点火的可燃混合气;平滑的活塞顶使点火时刻缸内湍动能更强烈,有利于加速燃烧过程,缸内温度和压力峰值更高,动力性更好;较高的缸内温度和压力会增加NO的产量,但会减少碳烟排放.

驻涡渠化活塞形貌对提升汽油机压缩比的数值模拟

通过构建压缩比为9的汽油机活塞顶部形貌,获得压缩比分别为10、11和12的驻涡型与驻涡渠化型两类六种燃烧室,结合试验与数值模拟方法对各燃烧室的点火燃烧特性开展研究。结果表明,压缩比为10的驻涡渠化型比驻涡型缸压峰值低7%,压缩比为11的驻涡渠化型缸压峰值也比驻涡型有所降低,但驻涡渠化型在压缩后期因能形成明显滚流而具有较高的湍流强度。压缩比为12的驻涡渠化型因活塞顶部凸脊分割燃烧室空间作用显著,有效影响了点火燃烧进程的时间和空间维度,压力升高率峰值也为六种燃烧室中最高。随着压缩比提升,驻涡型和驻涡渠化型燃烧室的缸内峰值压力、峰值温度与平均指示压力等均升高,排放性也逐渐趋好,但压缩比为12的驻涡型比驻涡渠化型峰值压力高21.5%。因此,合理设计活塞顶部形貌可有效组织缸内流场并提升点火燃烧品质,是汽油机低成本提升压缩比的有效手段。

活塞头部形貌对汽油机爆震敏感性影响研究

基于台架试验和完整工作循环数值模拟,开展了汽油机活塞头部形貌特征对爆震的敏感性研究。以台架试验数据为基准校正了汽油机性能仿真模型,通过开展压缩比为9~16区间的外特性仿真模拟,得出压缩比为12时外特性最优。在压缩比为12的3 500r/min全负荷工况,采用化学反应动力学离子分析法,通过数值模拟分析3类基于活塞头部形貌方案的燃烧室,得出具有点火驻涡区域、气门避障区域、驻涡与避障区域之间的连通区域、后部连通区域的SABCD方案抗爆性最优,并指出活塞头部形貌特征中的连通区域对爆震敏感性具有显著影响。通过对方案SABCD的连通区域关键参数进行优化得出,当区域连通宽度和连通台阶高度均为4mm时爆震敏感性最低。研究结果表明,通过对活塞头部形貌特征的合理设计,能实现提升汽油机压缩比的同时有效抑制燃烧室对爆震的敏感性。

仿生凹坑形钻井泥浆泵活塞磨损寿命试验

为提高泥浆泵活塞使用寿命,模仿自然界生物体表形态,在现有泥浆泵活塞表面设计加工凹坑形仿生单元体,在相同的台架试验条件下,对比研究BW-160型泥浆泵仿生活塞与标准活塞磨损寿命情况。结果表明,凹坑形仿生泥浆泵活塞可以显著提高使用寿命,对于BW-160型活塞,仿生单元体可提高活塞寿命至原来的2.19倍;活塞表面的凹坑形结构参数对活塞寿命具有显著影响,凹坑直径、凹坑中心夹角和凹坑深度对活塞寿命的影响依次减小;凹坑直径选取不宜过大或过小;活塞寿命随凹坑中心夹角缩小而增大;凹坑深度较大时,活塞寿命提高较多。分析仿生活塞耐磨机理发现,凹坑形仿生单元体的存在能改变活塞受力情况,增大润滑液存储空间,改善界面润滑条件,降低摩擦副摩擦阻力;同时还能容纳部分磨损磨粒,避免其对摩擦副产生再次刮划。对试验结果进行现场钻井验证试验,对于F1300型活塞,凹坑形仿生活塞与标准活塞相比,寿命提高了93%。

基于电磁驱动的自由活塞发动机燃烧室结构优化设计

为改善自由活塞发动机的燃烧质量,依据建立的电磁驱动自由活塞发动机仿真模型,采用数值模拟与试验相结合的方法对自由活塞发动机燃烧过程进行了仿真分析,并对活塞顶部形状进行了优化设计.结果表明,通过对电磁驱动的自由活塞发动机燃烧室的优化设计,提高了换气效率,增大了压缩比,缸内峰值压力随之增大.该研究为组织好电磁驱动自由活塞发动机缸内气体流动提供依据,为电动汽车和混合动力汽车的发展提供发动机基础.

活塞环外圆全数控加工CAD系统的研制

介绍了活塞环全数控加工 CAD系统的设计思想 ,系统以弹性力学和数学方法为基础 ,能根据活塞环参数与计算模型自动生成活塞环全数控机床数控加工所需的精确的接口数据 ,并能显示活塞环的外形曲线、压力分布图、数控机床伺服电机性能图及其它工艺文件 .系统操作简便 ,实用性强 ,应用面宽 .

一种测量活塞裙部曲线方法的研究

介绍了一种光学非接触式测量活塞中凸型线和椭圆曲线的方法,并给出了误差分析和实验结果。

轴向柱塞泵滑靴油膜形状的遗传算法数值分析

油膜形状对滑靴的润滑特性影响很大.为了准确获取滑靴的润滑特性,需要精确地求出滑靴的油膜形状.考虑了滑靴工作过程中的倾覆现象,采用非均匀间隙对滑靴的油膜形状进行了描述,建立了滑靴的润滑控制方程,采用高斯-塞德尔超松弛迭代方法进行求解,得到滑靴流场的压力分布.考虑到压力分布与油膜形状存在对应关系,通过滑靴的受力平衡分析,建立了滑靴稳态油膜形状的数学模型,并将其简化为以法向力平衡、流量守恒为等式约束,以滑靴倾角以及滑靴倾斜方位角为不等式约束,滑靴力矩平衡为目标的两参数单目标优化问题.采用小生境遗传算法对不同转速下滑靴的稳态油膜形状进行了数值求解.实例分析表明,该方法具有较好的数值稳定性,可以以较快的速度以及较高的精度收敛于模型的最优解,准确获取稳态下滑靴油膜的三维形状,从而为滑靴润滑特性的准确计算以及滑靴的设计提供理论依据.

活塞环加工与新型数控车床方案研究

从活塞环自由状态轮廓型线出发,分析了活塞环内外圆切削加工对设备的要求,讨论了现有各类活塞环内外圆切削加工设备的特点和存在的不足,介绍了笔者正在研制的新型活塞环全数控加工设备的工作原理和结构方案。

缸内激波对锥顶型燃烧室的活塞破坏机理

以二维数值模拟为基础,研究了锥顶型燃烧室内的冲击波发展的震荡过程,得到作用于活塞不同位置处的超压分布。模拟结果表明:由于燃烧室结构的独特性,导致冲击波能在特定区域进行汇聚,致使该区域超压明显高于其他区域。将该模拟结果与实际破坏失效的活塞进行对比,发现冲击波汇聚区域往往就是活塞被破坏的地方。数值模拟结果与实际破坏结果吻合很好。这为设计燃烧室形状以避免冲击波对活塞造成破坏提供了理论基础。

二次喷油优化直喷汽油机冷启动排放特性的研究

研究了一种通过特殊活塞顶面形状结合二次喷射策略来解决直喷汽油机冷启动工况排放问题的新方法.该方法通过适当的二次喷油分配、结合缸内气流运动来改善燃油混合气的分布.利用AVL-Fire对不同喷油策略下直喷汽油机启动时缸内油气混合分布进行了模拟,对不同喷油策略的冷启动排放进行了实验研究.结果表明,采用特殊活塞顶面形状进行合理的壁面引导,同时结合二次喷油策略,能够优化直喷汽油机冷启动工况下缸内空燃比的分布,使得混合气浓度在火花塞附近略高,宜于火花点火,在火花塞周围略低,宜于火焰传播,从而提高燃烧的稳定性,减少燃油的湿壁现象,降低HC的排放.

修正心形线式内曲线径向柱塞马达脉动分析

为设计出输出特性良好的内曲线径向柱塞式液压马达,提出了一种新型的内曲线——修正心形线.该曲线为一条简单、连续、封闭且高次可微的周期性曲线,可解决内曲线马达的内部冲击问题.选用修正心形线作为马达的内曲线,通过理论推导,分析不同周期数和柱塞数对马达相位的影响.相位分析结果表明:马达的脉动情况取决于马达的等效柱塞数.推导了该曲线形式下马达的脉动率通用公式,结果表明,随着等效柱塞数的增加,马达脉动率减小.仿真结果验证了理论分析结果的正确性.

直喷式汽油机冷起动排放解决方案的数值模拟

研究了一种通过特殊活塞顶面形状结合复合供油系统,解决直喷式汽油机冷起动排放问题的新方法,采用三维CFD数值模拟,探讨了该方法对直喷式汽油机冷起动工况下缸内气流运动和油气混合状态的影响。结果表明,采用特殊活塞顶面形状对气流进行合理的壁面引导,同时结合复合供油系统,能够优化直喷式汽油机冷起动工况下缸内气流运动的形态和分布,促进缸内油气充分混合,改善气缸内空燃比分布,降低HC排放。