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。     

燃油稀释低黏度机油对柴油机缸套活塞环润滑性能的影响

为研究燃油稀释低黏度润滑油对缸套活塞环润滑性能的影响,该研究以农用柴油机为研究对象,基于燃油湿壁现象考察了燃油稀释低黏度润滑油对混合液的黏度变化影响.试验结果显示,随着燃油稀释率增大,混合液的动力黏度呈现先急剧下降后缓慢下降的变化规律,稀释率从0增加到10％,动力黏度降幅达44.9％,表明少量柴油稀释低黏度润滑油将导致...     

活塞结构参数对柴油机活塞传热与温度场的影响分析

为了降低活塞热负荷,降低活塞热疲劳失效概率,以一款高压共轨柴油机活塞作为研究对象,结合活塞温度试验测试,建立了活塞传热仿真分析模型,采用单因素扫值法和正交试验分析了活塞销座长度、活塞销孔直径、第一环岸厚度以及回油孔距离4个结构参数对活塞温度场分布的影响。研究发现,活塞结构对活塞传热与温度场分布有一定的影响,第一环岸厚度对活塞传热与温度场的影响最大。活塞的最高温度随着第一环岸厚度增加而升高,最多升高13.8℃。第一环槽的温度随着第一环岸厚度增加而降低,最多降低16℃。销座和回油孔结构对活塞温度场影响较小。最优方案是销座长度72.5 mm、销孔直径35 mm、火力岸厚度8 mm、回油孔相距53 mm的活塞,可以使活塞最高温度降低至374.3℃。为优化活塞传热提供参考。     

柴油机缸孔预紧变形的评价方法及变形量对机油消耗量的影响

为研究非道路柴油机缸孔预紧变形对机油消耗的影响,该研究采用试验测试方法确定气缸盖螺栓轴向力,提高气缸盖螺栓-气缸盖-气缸垫-缸体的数值仿真模型边界条件的准确性,结合数值仿真与试验测试方法,研究不同气缸盖螺栓间距下柴油机缸孔的预紧变形,提出新的缸孔变形评价方式,并选择2种不同形状的缸孔开展非道路柴油机的机油消耗试验测试,根据试验测试结果计算出两种缸孔形状的机油消耗率和机燃比。提出缸孔预紧变形的评价方式,运用Python拟合缸孔预紧变形的最大内相切椭圆,在最大内相切椭圆为基础上,以平均椭圆度、平均椭圆漏光率、截面面积梯度和最大同心度作为缸孔变形的评价指标,结果表明：气缸盖螺栓的轴向力的拉伸会使得缸孔变形呈现颈缩现象,气缸盖螺栓孔中心距离增加一定程度上能改善缸孔颈缩变形,3个方案中平均漏光率和截面面积梯度评价指标变化最大,并使得缸孔变形由沙漏状成为喇叭形状,可知平均漏光率和截面面积梯度有利于评价缸孔颈缩现象。以柴油机机油消耗测定方法国家标准为依据,通过对方案A的沙漏形状和方案C的喇叭状分别进行800 h的机油消耗量试验,机油消耗率平均值由方案A的0.142g/kW·h下降到方案C的0.062g/kW·h,表明气缸盖螺栓孔中心距的增加有利于缸孔由沙漏状向喇叭形状改善,喇叭状变形比沙漏形状更有利于降低机油消耗。     

X195型柴油机活塞结构尺寸对其性能的影响研究

分析了活塞结构对发动机动力性和经济性的影响,对Ｘ１９５型柴油机的活塞结构进行了改进,设计采用了３种方案,并在原机上只换用活塞,其它条件不变进行了发动机台架试验．结果表明：进一步将原节能活塞的环数由４个减少为３个,将３道气环改为２道气环,并加大活塞顶部直径尺寸,改进补偿槽尺寸,同时将活塞裙部缩短,裙部的凹台形改变为锥形,可减少摩擦面积,改善润滑条件,有效地减少摩擦损失,使发动机的最大输出功率提高最大达４．５７％,降低耗油率最大达９．３４％。     

挤压加工参数对重组米生产过程及产品膨胀度的影响

为了考察重组米生产过程中挤压加工变量对几种系统参数与产品膨胀度的影响,试验以杂交籼米（9?718品种）为原料,利用响应面模型,以螺杆转速、进料速度、进料含水率以及末端机筒温度为输入变量,以挤压系统参数（物料温度、模头压强、扭矩、比机械能和产品含水率）和重组米膨胀度为响应变量,探索在重组米生产过程中加工变量与系统参数及产品膨胀度的关系。结果表明,压强、比机械能和产品膨胀度都受到4个挤压变量的显著影响,但是物料温度受进料速度影响不显著,马达扭矩受末端机筒温度影响不显著,产品含水率仅受进料含水率的显著影响。比机械能与螺杆转速正相关,与进料速度、进料含水率和末端机筒温度负相关。所得二次回归模型均拟合良好,建立的挤压数学模型可应用于重组米生产,为重组米工业化生产的过程预测和产品性质预测提供参考。     

结构参数对增压器浮环轴承润滑特性和环速比的影响

基于以往对增压器的浮环轴承润滑分析中大都忽略浮环的环速比影响,或将润滑性能和环速比独立分析。该文采用数值分析方法研究了增压器浮环轴承的润滑特性和环速比,分析中考虑了转轴、浮环、轴承座之间的传热因素,基于Reynolds方程和浮环平衡方程,建立了浮环轴承润滑模型,对比分析了浮环内、外层间隙,内、外圆半径4个结构参数对浮环轴承润滑特性和环速比的影响。结果表明,实际设计浮环时,需综合考虑结构参数对浮环润滑特性和环速比的影响及影响程度;浮环内层间隙增加,环速比降低,与内层间隙0.02 mm时相比,转速60 000 r/min时,内层间隙0.04 mm时的环速比减幅达23%,内层间隙增加,内、外膜温度减小,摩擦功耗略有增加,内层间隙0.03 mm时,浮环具有较理想的润滑性能和环速比;外层间隙0.06 mm的环速比均比外层间隙0.04 mm的环速比增加30%以上,外层间隙增加,外膜温度减小,且转速越高,外膜温度减幅越大;浮环内圆半径越小,环速比越小,内、外膜温度和摩擦功耗越小,浮环润滑性能越好;浮环外圆半径增加,环速比降低,但内膜温度、外膜温度、总摩擦功耗和总端泄流量变化幅度均在5%以内,外圆半径对浮环润滑性能影响不显著;浮环实际设计时,调整内圆半径比调整外圆半径对改善浮环润滑性能更有效。     

基于进气节流耦合后喷策略的柴油机排气热管理策略

为研究柴油机颗粒物捕集器（diesel particulate filter,DPF）再生升温过程中排气热管理策略对柴油机氧化催化器（diesel oxidation catalyst,DOC）入口温度、发动机性能及污染物排放的影响,该研究分别选取低速低负荷、低速中负荷及中速低负荷工况,通过试验研究进气节流和喷油控制参数对DOC入口温度、燃油经济性及排放性能的影响。试验结果表明：通过进气节流、推迟后喷正时和增大后喷油量能够有效提高DOC入口温度,主喷正时和喷油压力对DOC入口温度的影响较小。基于Box-Behnken试验设计与响应曲面法对低速低负荷工况下进气节流耦合后喷策略的排气热管理策略进行多目标优化,以进气量、后喷正时和后喷油量为因子,DOC入口温度、有效燃油消耗率（brake specific fuel consumption,BSFC）、氮氧化合物（nitrogen oxides,NOx）和烟度排放为优化目标。响应曲面分析结果表明：各因素对DOC入口温度的影响程度从大到小为进气量、后喷油量、后喷正时;对BSFC和NOx排放的影响程度从大到小为后喷油量、后喷正时、进气量;对烟度排放的影响程度从大到小为进气量、后喷油量、后喷正时。当后喷正时为上止点后30 ℃A、进气量为87 kg/h、后喷油量为6 mg时,DOC入口温度达到最高,此时BSFC为275.4 g/(kW·h),NOx及烟度排放分别为7.38 g/(kW·h)和1.85 mg/m³。优化后最佳进气量、后喷正时和后喷油量分别为87 kg/h、29 ℃A和5.4 mg,与优化前相比,DOC入口温度提升43.9 ℃,BSFC增加31.8 g/(kW·h),NOx和烟度排放分别降低18%和29%。研究结果可为DOC入口温度优化控制提供参考。

     

自由活塞发动机进气及压缩终了缸内气体流动特性分析

为组织好自由活塞发动机缸内气体流动,以提高可燃混合气混合质量,进而改善发动机燃烧质量,依据自由活塞运动特点,建立自由活塞发动机系统仿真模型,采用数值模拟方法对进气冲程和压缩冲程缸内流场进行仿真研究。分析结果表明,在进气冲程和压缩冲程时间之和一定情况下,进气冲程活塞运动快慢对进气终了缸内工质运动强度影响不大;快速压缩可提高压缩终了缸内工质运动强度,压缩终了单位质量湍动能在压缩冲程时间占进气冲程时间与压缩冲程时间总和45%时高达4.883 m2/(s2·kg),比压缩冲程时间占进气冲程时间与压缩冲程时间总和55%时高40%。采用慢进气快压缩的活塞运动规律,增大了压缩终了缸内流场运动强度,有利于火焰传播。该研究为组织缸内气体流动提供参考,对提高发动机性能具有重要意义。     

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。     

冷EGR温度对车用柴油机排放影响的试验

为了得到冷却的废气再循环（EGR）技术对车用柴油机排放性能的影响,通过工况试验法研究了各工况下EGR温度对柴油机氮氧化物、碳氢化物、碳氧化物和烟度的排放量以及油耗率的影响,并由此得出柴油机各工况下的最佳EGR温度。试验表明,与热EGR相比,冷EGR能够明显降低氮氧化物和烟度的排放,同时能够降低油耗率,提高柴油机的经济性,效果良好。     

固体碳源填充床反应器脱除污水硝态氮效能的预测模型

为了预测固相反硝化反应器出水的硝酸盐浓度,优化工艺参数,以聚羟基丁酸戊酸共聚酯[Poly(3-Hydroxybutyrate-co-3-Hydroxyvalerate),PHBV]作为反应器的碳源和生物膜载体,对受硝酸盐污染的水进行生物反硝化脱氮。采用Box-Behnken试验设计,利用响应曲面法研究了反应器出水硝态氮浓度与进水硝态氮浓度、水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)和温度之间的关系,建立了以出水硝态氮浓度为响应值的二次多项式回归模型。该数学模型可以定量描述进水硝态氮浓度、HRT和温度对出水硝态氮浓度的影响,模型预测值与试验值能吻合较好。方差分析结果表明,进水硝态氮浓度、温度和HRT及其交互作用对响应值均具有显著性影响(P<0.05)。     

基于响应曲面法的非道路用高压共轨柴油机设计点优化标定

针对柴油机采用高压共轨系统带来标定与优化工作量显著增加的问题,基于Box-Behnken设计与响应面法对处于标定阶段的一款非道路用高压共轨柴油机进行了研究。以该柴油机设计点为例,在最大转矩转速1 600 r/min与额定功率转速2 600 r/min的全负荷工况下,选取主喷油量、预喷油量、主喷正时以及喷油压力4个标定变量为因子,在满足设计指标与相关约束的条件下进行了优化标定。试验结果表明:基于响应曲面法建立的柴油机各二阶响应面回归模型具有良好的准确性和预测能力,决定系数R2、调整决定系数R2 adj以及预测决定系数R2 pred均在0.92以上,试验值与预测值的最大偏差不超过3.07%;优化之后得出的标定变量组合使得该非道路用高压共轨柴油机的最大转矩达到200.7 N?m,额定功率达到40.1 k W,满足其设计指标,同时有效燃油消耗率、空燃比、最高气缸压力以及最高排气歧管气体温度均在许可的约束范围之内,表明将响应曲面法用于非道路用高压共轨柴油机设计点的优化标定是可行的。     

进气成分对柴油机燃烧特性的影响

为了研究进气成分对柴油机着火和燃烧过程的影响,在一台视窗上置式柴油机可视化实验装置上,用高速摄像机记录了油门全开时不同进气成分下柴油机燃烧过程的火焰照片,应用三基色法计算了燃烧温度场,结合示功图和放热率曲线分析了不同进气成分对柴油机燃烧特性的影响。结果表明:当进气成分不同时,缸内着火时刻、燃烧持续期、最大爆发压力和最大放热率均发生相应改变;同时,进气成分的改变对缸内最高温度和平均温度的影响较大;另外,进气同时加入2%H2和10%CO2可以在氧体积分数减少的情况下改善燃烧,有利于降低柴油机有害排放物的生成。研究结果为实现柴油机高效、低污染燃烧提供一种新的方法。     

柴油机应用不同配比生物柴油的经济性和排放特性

生物柴油经济性能和排放特性的试验对研究生物柴油的适用性具有重要意义。该文采用柴油机台架试验,测量了4种不同配比的生物柴油混合燃料的经济性和排放特性。试验结果表明：在不作任何调整的情况下,生物柴油及与石化柴油的混合燃料可以直接应用于柴油机,随着生物柴油掺混比例的增加,柴油机的烟度、碳氢化合物HC和一氧化碳CO有较大幅度的下降,改善了柴油机的排放特性。采用生物柴油掺混比例为10%或20%时,可在柴油机经济性能改变较小情况下,改变柴油机的排放状态并减少污染物排放。