4100QB柴油机齿轮室盖声辐射效率试验研究

使用离散法对4100QB柴油机齿轮室盖的声辐射效率行了试验研究。对比了激励安装钢板和激励齿轮盖两种方式下所测声辐射系数的差异,探讨了激励点位置对齿轮室盖声辐射效率的影响;测量了3种不同结构的齿轮室盖声辐射效率,研究齿轮室盖结构变化对声辐射效率的影响规律,指出齿轮室盖刚度增加使600～1 000 Hz频率范围内的高声辐射效率区域变窄,声辐射效率降低,在1 000～2 000 Hz频率范围内使高声辐射效率区域变宽,辐射效率值增大。研究表明,在分析罩盖类零件的噪声问题时,需要重视结构变化对零件声辐射效率的影响。     

复合材料发动机机体的粘弹性分析

对采用可溶性合金型芯整体模压成型的复合材料发动机机体,用三维有限元方法对其进行了应力场和位移场粘弹性研究,建立了机体用复合材料的粘弹性力学模型,反映了机体的变形规律,获得更精确的应力场和位移场。通过机体的动态实时测试,验证了计算结果的正确性     

柴油机喷雾特性对喷油和环境参数响应灵敏度分析

为了解柴油喷雾特性对喷油和环境参数(背景温度、密度)响应灵敏度,利用高速摄影直拍、纹影技术和自编的图像处理程序,分析了喷雾特性对喷油参数(喷射压力、喷孔直径)响应灵敏度。结合灵敏度分析结果,对比了喷油参数(喷射压力、喷孔直径)和环境参数(背景温度、背景密度)对喷雾特性影响程度的大小。研究结果表明:在背景温度304~770 K,背景密度13~26 kg/m3,喷孔直径0.18~0.26 mm,喷射压力120~160 MPa范围内,雾注气相体积百分比对背景温度响应灵敏度最大,其次是喷孔直径和喷油压力,背景密度最小;雾注平均过量空气系数对喷孔直径响应灵敏度最大,喷油压力略小,其次是背景温度和背景密度。     

基于PEST的土壤-作物系统模型参数优化及灵敏度分析

农业生产管理系统模型输入参数多,参数率定过程十分耗时费力,大大限制了其推广应用。该研究以华北平原2 a的冬小麦-夏玉米田间试验观测数据为基础,使用PEST(parameter estimation)参数自动优化工具对土壤-作物-大气系统水热碳氮过程藕合模型(soil water heat carbon and nitrogen simulator,WHCNS)的土壤水力学参数、氮素转化参数和作物遗传参数进行自动寻优,同时计算分析模型参数的相对综合敏感度,并将优化结果与土壤实测水力学参数和试错法的模拟结果进行比较。参数敏感度分析结果表明,18个模型参数的相对综合敏感度较高,其中土壤水力学参数普遍具有较高的敏感度,以饱和含水率敏感度最高;作物参数中,作物生长发育总积温和最大比叶面积具有较高的综合敏感度;而氮素转化参数的敏感度远低于土壤水力学参数和作物参数。评价模型模拟效果的统计性指标(均方根误差、模型效率系数和一致性指数)表明,PEST法比实测水力学参数的模拟精度有所提高,其中土壤含水率、土壤硝态氮含量、作物产量和叶面积指数的均方根误差分别降低了61.8%、23.5%、73.6%和23.3%。同时PEST法比试错法对土壤水分和作物产量的模拟精度也有较大提高,但对土壤氮素和叶面积指数的模拟精度提高不明显。由于该方法大大节约了模型校准时间,在较短的时间内获得了明显高于试错法的模拟精度,因此PEST软件在WHCNS模型参数自动优化中是一个值得推广的工具。     

水稻整株秸秆还田机刀轴可靠性灵敏度分析及优化

为使1ZT-210型水稻整株秸秆还田机刀轴的设计更趋合理,充分考虑设计中的模糊因素,通过模糊综合评判确定刀轴的壁厚;建立了影响刀轴功能的各随机变量的可靠性灵敏度矩阵,通过编写计算机程序得到各设计因素对于刀轴可靠性的灵敏度设计信息。依据灵敏度分析结果,选取可靠性设计参数,刀轴截面较常规设计减小39.17%。数值算例表明,计算结果与通常的定性分析结果完全一致,验证了本方法的有效性。田间试验表明,可靠性灵敏度设计使刀轴的寿命增加560 h,埋草率提高到95%。     

喷雾机喷杆结构形状及截面尺寸优化与试验

针对喷雾机喷杆结构动力学特性原始设计缺陷,该文提出了一种基于遗传算法的多变量优化方法。以平面十八杆桁架单元为基础结构,在Abaqus平台中建立了单侧喷杆参数化有限元模型。基于Isight多学科多目标优化平台提取模型设计变量组及优化目标,采用多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA)对喷杆桁架结构形状及杆件截面尺寸进行优化,得到了一阶固有频率为10.87 Hz,质量为35.82 kg,幅宽为5 m的单侧喷杆结构模型。根据优化后模型的结构参数制造喷杆样品,通过对其进行模态试验验证了数值模型的准确性。针对优化前、后喷杆模型进行了以位移功率谱密度(power spectrum density,PSD)函数为激励的随机振动仿真,结果表明,优化后喷杆模型的质量下降并没有明显增加其在竖直方向上振动位移响应量。该文研究结果可为进一步研究喷雾机喷杆结构的动力学性能优化提供依据。     

低排放轻型车用柴油机结构及燃烧系统的优化

在现有4F20机械式燃油系统柴油机基础上,从机械系统和燃烧系统优化匹配、后处理系统选型等方面入手,进行了满足国Ⅳ排放标准的经济型轻型车用柴油机开发。机械系统设计中,对机体和缸盖的加强筋和冷却水套进行合理布置,有效提高整机刚度和缸套冷却效果,减少变形,并设计了结构紧凑、传动可靠且运转平稳的新型齿轮传动系统。燃烧系统升级优化方面,由直列泵式机械燃油供给系统升级为高压共轨电控燃油喷射系统,重新设计燃烧室形状的同时将压缩比从19.7降低为17.5,并优化燃油油束在燃烧室内的分布。通过燃油喷射、增压与废气再循环参数的协同标定改善了柴油机燃油经济性和排放性能。选用容积占有率为25%和75%的2级氧化催化转化器,对一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)、可溶性有机成分(soluble organic fractions,SOF)和颗粒(particulatematter,PM)的净化效率分别达90%、85%、90%和20%。柴油机配套NHQ6492V3型SUV后整车排放测试结果显示:CO、NOx、总碳氢(THC)+NOx和PM排放分别为0.36、0.259、0.328和0.029g/km,距国Ⅳ排放限值有20%以上的裕度,综合油耗为7.217L/(100km),满足2015年即将实施的中国乘用车燃料消耗第3阶段法规限值。     

基于窗口观测的电控柴油机判缸控制的优化分析

柴油机起动初期控制时序的建立过程(判缸控制)直接决定其起动过程的长短,判缸控制是电控柴油机管理系统中最核心的部分。为了缩短判缸时间,提高控制系统的可靠性,该文根据目标柴油机的发火顺序设计了电控系统的转速信号与相位,采用了2套转速计算装置;基于有限状态机,提出了窗口观测联合判缸方法,并开发了电子控制单元(electronic control unit,ECU)复杂驱动层的联合判缸驱动控制软件。试验结果表明该策略是有效可行的,发动机的起动成功率提升10%,达到100%,正常起动成功的时间由1.5 s缩短到1 s以内,改善了电控柴油机的起动性能。该控制策略的实现完善了电控柴油机的时序控制功能,提高了柴油机的电控水平。     

轻型柴油机预混合低温燃烧路径优化试验及分析

为探索轻型车用柴油机在中小负荷率工况下实现超低排放的预混合低温燃烧策略,以某四缸轻型车用柴油机为样机,在中小负荷率工况下,进行了喷射正时、废气再循环率(exhaust gas recirculation,EGR)、进气温度、喷射压力、预喷射等不同控制参数对柴油机预混合低温燃烧影响的试验研究。证明适时早喷射可延长预混合期实现预混合燃烧,改善柴油机碳烟排放;采用高比例EGR技术降低进气氧浓度能有效控制预混合燃烧温度,可有效降低NOx排放,同时可推迟由早喷射造成的过早的燃烧相位;在适时早喷射结合高比例EGR的基础上,协同优化喷射压力、进气温度与预喷射参数改善NOx和碳烟排放Trade-off关系,以实现超低排放的预混合低温燃烧;通过预混合低温燃烧路径优化后,10%、25%和50%负荷率工况NOx排放与原机相比分别降低97.8%、80.7%和62.1%,碳烟排放分别降低76%、93.9%和47.1%。3个负荷率工况下优化后的有效燃油消耗率比优化前略有上升。研究结果为轻型柴油机预混合低温燃烧过程的优化及污染物排放控制技术提供了理论基础。     

柴油机工作循环热力过程的Yong分析

利用Ｙｏｎｇ分析方法，分析了柴油机工作循环热力过程中诸，多不可逆因素所产生的Ｙｏｎｇ损失的方案和措施进行了讨论，提出了燃烧过程，减小换气系统流动阻力，降低燃气对壁面的传热，利用废气涡轮回收排气Ｙｏｎｇ和减少摩擦等降低循环过程Ｙｏｎｇ损失的主要措施，为柴油机循环效率的提高指出了发展方向。     

交变磁场下磁纳米流冷却液强化柴油机缸盖微区域冷却

为能实现柴油机缸盖鼻梁微区域高效冷却兼顾节能化的要求,该文提出了一种通过外部施加交变磁场的方式促进磁纳米流内粒子的微运动达到强化传热的方法,并与传统乙二醇冷却液、Cu-乙二醇纳米流冷却液进行了柴油机缸盖鼻梁微区域传热效果的对比研究。结果表明:在0.17 Hz的磁场交变频率影响下,磁纳米流中加热棒温度值最大下降幅度提升了29.3%,内部粒子运动涡数增加。缸盖鼻梁微区域试验表明:相比传统乙二醇冷却液,稳态工况下,最大扭矩工况点和标定工况点处测点温度值最大下降幅度分别约为12%、14.4%,外特性工况下测点平均温度值降幅为23.7℃,约为9.4%。瞬态工况测试结果表明,采用交变磁场影响下的磁纳米流冷却液,柴油机预热时间较采用传统乙二醇冷却液和Cu-乙二醇纳米流冷却液分别缩短了9.8%和8.2%,柴油机急加速工况下能保持冷却液温度波动性小。能耗率计算结果表明,采用外部施加交变磁场加强磁纳米流冷却液高效传热的方式在达到相同冷却液温度时,可实现节能幅度为7.2%。该研究为柴油机乃至其他高温部件的节能化高效冷却提供科学参考。     

增压中冷柴油机缸套热态变形研究

缸套承受不均匀的热负荷而产生的失圆变形,主要影响缸套与活塞组件间的密封、摩擦/磨损以及排放性能。控制缸套的变形与失圆,对降低机油耗,改善摩擦性能以及降低排放,具有重要的意义。该文应用流固耦合传热方法,建立了缸盖-冷却液-缸套-缸体耦合传热模型,在对冷却液流动特性以及缸套、缸盖关键点温度测试的基础上,研究了缸套的稳态传热温度场分布以及热态变形规律。研究表明:受各缸冷却水套流动与热负荷不均匀的影响,各缸缸套温度场分布不均匀,从缸套顶部到底部温度逐渐降低,相邻两缸间的缸套顶部温度高于其他部位,最高温度出现在3、4缸间的缸套顶部;各缸缸套综合热变形是不均匀的,1、4缸自由端综合热变形较大,最大综合膨胀变形位于第4缸90°位置(飞轮方向),最大综合收缩变形位于第1缸90°位置(1、2缸间);缸套不同截面径向变形呈现与综合变形不同的变化趋势,缸套中部与冷却液接触,主要呈现膨胀变形,上部与下部受缸体结构约束,膨胀变形较小;各缸呈现不均匀的"豌豆"形径向变形,其中2、3缸对称,1、4缸对称;缸套主推力面与次推力面径向变形量相对较小,各缸的变形差异也较小。     

2D25卧式柴油机冷却水套结构的CFD模拟优化

针对高效低污染卧式柴油机的技术要求,为了设计合理的冷却系统,结合冷却水流动试验,采用计算流体动力学(CFD)三维模拟的方法建立了冷却水流动仿真模型,分析了2D25卧式柴油机强制冷却闭式循环系统的冷却水套结构对冷却水流场的影响,优化了卧式两缸柴油机冷却水套结构。研究结果表明:合理布局缸体进水孔方案可以改善缸体水套内冷却水的流动和冷却效果,减少流动损失,降低水泵的功率损耗。合理设计和布置缸盖入水孔,可以大大提高缸盖水套内冷却水的整体流动速度,减小各缸冷却效果的差异,改善热负荷高的鼻梁区以及排气侧的冷却效果。对原冷却水套结构优化后,水套整体平均流速提高了40%,整体平均换热系数提高了41.7%,在公共水腔和缸体水套上方没有出现原方案的水流撞击和大漩涡,热负荷最高的缸盖底面和鼻梁区冷却水流速和换热明显增强,各缸均匀性变好。     

提高发动机气缸电喷镀沉积速度的工艺优化

为提高镀层沉积速度,该文对电喷镀气缸的沉积速度进行多变量工艺参数优化。采用JMP软件对电喷镀进行试验研究,探讨了电压、镀液温度、两极间隙、镀液流速、两极相对运动速度对镀层沉积速度的影响,通过响应面分析和逐步逼近法分析了各影响因子与响应的关系,建立了二次回归数学模型。并利用二次曲面主轴梯度法进行了多变量函数优化,确定了镀层沉积速度的最佳工艺参数：电压15 V,镀液温度72℃,两极间隙1 mm,镀液流速1.2 m/s,两极相对运动速度170 mm/min,此工艺条件下得到的镀层沉积速度为79.13 μm/min,约是传统电沉积的130倍,提高了生产效率,并且优化后镀层致密光滑,无气孔,镀层质量优等。研究结果可为高速电镀的实现提供参考。     

柴油机燃用生物柴油的磨损试验分析

在共轨柴油机上进行了燃用BD5生物柴油的1?000?h可靠性试验,考察长时间燃用生物柴油对柴油机零部件的磨损情况,可靠性试验后对主要零部件进行拆检,主要摩擦副轴颈处可以观察到加工痕迹或光亮,气门处有少量的积碳;测量了主要运动件的磨损量,分析了活塞组、连杆组、曲轴组及配气机构的磨损情况;验证了共轨柴油机长时间燃用生物柴油的可行性。研究结果表明：1?000?h试验后,4缸油环的磨损量为0.004?mm;3缸连杆小头的磨损量为0.043?mm;2缸主轴颈的磨损量为0.003?mm;1缸和2缸的进气门下沉量最大,约为0.009?mm;试验过程中,柴油机各零部件均未发生断裂、剥落、烧蚀、黏结等异常现象。燃烧BD5生物柴油对柴油机主要零部件无异常影响,柴油机可长时间燃用生物柴油。     

单缸柴油机一体式净化消声器设计与性能试验

为了通过机外净化的方式降低柴油机排放,基于单缸柴油机的工作特点,融合一体式净化消声器的设计要求,研制了一种单缸柴油机用一体式净化消声器。通过数值模拟与试验相结合的方法,对设计的一体式净化消声器的催化性能、声学性能、空气动力性能以及结构性能展开研究,提高催化器转化效率和使用寿命,同时满足消声作用。整机性能试验表明:安装优化后的一体式净化消声器,整机噪声略小于原机消声器,整机八工况排放CO、HC、PM分别为0.94、0.46、0.40 g/k W·h,相比于仅采用机内净化的样机分别降低了85.4%,70.5%,28.6%,劣化试验后柴油机排放满足非道路柴油机国Ⅲ要求;一体式净化消声器采用优化结构,与原结构相比,由于排气气流均匀流经催化器,CO、HC和PM的转化效率分别提高了21.0%、25.8%和7.0%。该研究可为单缸柴油机的机外净化研究提供参考。