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。     

自由活塞发动机的活塞运动规律优化与试验

为了提高四冲程、点燃式自由活塞发动机系统的输出效率,该文在分析其工作原理的基础上,设定边界约束和路径约束,建立了活塞运动规律优化模型。基于系统工作过程中活塞分阶段运行的特性,采用高斯伪谱法离散状态与控制变量,将活塞运动规律优化问题离散化为非线性规划问题,并结合序列二次规划算法求解最优化问题。仿真结果表明:采用分阶段的电磁力作用规律,优化活塞位移与速度曲线,可提高缸内气体对外做功能力与降低传热损失,使系统指示效率由41.0%增加到45.3%。同时由试验验证了所提出方案的可行性与有效性,试验中系统发电效率由28.8%提升到31.2%,系统性能明显提升。该文对此类动力装置的后续研究提供了参考。     

发动机液压自由活塞下止点运动机理

为实现对单活塞液压自由活塞发动机工作频率的精确控制,掌握液压自由活塞下止点运动规律是基础,基于系统基本原理,研究了活塞下止点运动规律的数学模型。通过建立数学仿真模型和试验系统,研究了液压自由活塞在下止点的运动规律及其影响因素。结果表明,活塞下止点运动过程包括反向加速和正向减速过程,活塞到达下止点后的反弹距离主要由该过程决定,活塞下止点运动过程中的反向加速力来自泵腔和压缩腔压力。系统压缩腔压力变化规律可控是工作频率精确控制的基础,压力变化规律控制要考虑活塞运动状态和单向阀的阀芯动作规律的影响。     

自由活塞内燃发电机低速不稳定性影响因素分析

单缸低速试验表明,自由活塞内燃发电机低速模式缸内燃烧并不稳定,呈间隔循环着火。为探索其原因,构建了系统CFD(计算流体力学)模型,对比分析了自由活塞内燃发电机换气过程与传统二冲程内燃机换气过程之间的差异,通过计算解释了试验中着火不稳定的现象,并得到了换气过程中影响换气效果的关键因素是扫气箱容积变化率的结论。随后探寻改善自由活塞内燃发电机低速不稳定性的设计策略,在计算模型中进一步研究了动子(磁棒)直径、扫气箱容积、进气增压压力对换气过程的影响。研究发现:减小动子直径与缸径比、对进气增压能显著改善自由活塞内燃发电机的换气效果,而在保证提供充分混合气量基础上扫气箱容积的改变对换气效果影响不大。     

沼气发动机进气均匀性数值分析

开发大功率气体燃料发动机,利用沼气等绿色能源发电已经成为当前内燃机行业发展的重要课题之一。气体发动机对各缸进气均匀性的要求较高,气体发动机经常出现各缸进气不均匀的现象,从而影响发动机的动力性、排放性和可靠性。该研究利用数值分析方法求解,模拟CW6200型气体发动机进气系统内的流动情况,通过分析流动区域的压力场、速度场等参数对各缸进气均匀性进行了评价,同时分析了进气系统的流动阻力,优化设计了发动机的进气系统结构参数。数值分析及发动机性能试验表明：采用两级谐振系统后各缸流动不均匀性绝对值小于3%,各缸排温不均匀性绝对值小于2.5%,发动机动力性较好。因此,两级谐振系统可以有效改善进气总管预混式气体发动机的进气均匀性,提高发动机性能。     

基于宽域氧传感器的发动机空燃比测试系统设计

为了实现发动机电子控制系统对空燃比的精确反馈控制和方便对发动机进行诊断等用途,在熟悉宽域氧传感器工作原理的基础上,设计了空燃比采集显示系统和PC监控系统。并对测试系统的输出电压和混合气的过量空气系数的对应关系进行了试验标定,最后在发动机试验台架上该测试系统进行了试验验证。结果表明该系统灵敏度高、响应时间短（100 ms）,采集数据显示直观,可用于发动机空燃比闭环控制和车载自动诊断系统（OBD）等的开发。     

基于小波分析的发动机气缸失火故障诊断

发动机加速过程中失火是常见故障，运用了发动机主轴瞬时转速进行失火故障的诊断。采用磁电式传感器测定了发动机在正常与故障的4种工况下从怠速急加速到高速过程中的瞬时转速，并用db3阶小波对各工况下转速信号进行分解与重构，以重构波形分析对比了各工况下的转速波动状态与加速过程的信息，从而判断发动机是否失火以及失火故障类型。结果表明，发动机失火时，瞬时转速的重构信号与正常工况转速重构信号相比，波动幅值、怠速段和高速段的稳定转速、加速时间有显著差异，这种失火故障的诊断方法是可行的和有效的。     

压缩空气发动机工作过程分析

压缩空气发动机是一种采用压缩空气直接膨胀做功的"绿色"发动机。若将压缩空气发动机作为车辆动力源,可缓解传统内燃机车辆的尾气污染问题。然而,压缩空气发动机工作效率偏低,难以替代传统内燃机作为车辆主要动力。为提高压缩空气发动机工作效率,了解压缩空气发动机工作过程能量损失的产生机制以及其变化规律,该文应用热力学理论和分析方法对其工作过程损失分布进行了研究,并利用试验数据验证了压缩空气发动机效率变化规律。结果表明:由于节流以及高压、低温尾气排放等因素,压缩空气发动机工作过程损失主要存在于进气过程和排气过程,两者总共占进气总量的30%~40%;压缩空气发动机转速升高,进气损失和排气损失均增加;进气压力升高,进气损失减少,排气损失增加;进气温度升高,进气损失和排气损失均减少。从经济性考虑,压缩空气发动机应运行于低转速,且适当提高其进气压力和进气温度。     

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。     

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     

具有仿生条纹结构的内燃机活塞疲劳特性回归分析

活塞不仅是内燃机的主要运动部件而且工作环境最为恶劣。该文通过对活塞形态的改进,来提高活塞减磨、降阻的效用,以延长活塞的疲劳寿命。首先针对内燃机实际工况确定机械和热边界条件,然后对活塞进行热-机耦合仿真分析,观察其应力、应变和变形情况。受到与内燃机活塞运动情况接近的土壤动物蚯蚓的减阻、耐磨体表结构的启发,根据受试活塞外形尺寸,将宏观形态的仿生条纹和通孔设计加工在活塞裙部表面,以达到减磨、散热、提高活塞疲劳寿命的目的。活塞热-机耦合分析结果表明其整体受力为不均匀分布,基于此该文改进研究了变尺寸排布的仿生条纹深度、宽度、列间距。采用三水平三因素正交表制定9种仿生活塞试验方案,采用部分正交多项式回归设计对仿生活塞热-机耦合分析和疲劳寿命预测结果进行对比并优化仿生结构。选取3个最优活塞和标准活塞进行台架试验。最终发现仿生活塞比标准活塞疲劳寿命平均提高了8.8%,磨损量平均减小了90%,顶部温度平均降低了5%。该研究为活塞形态优化改进和延长内燃机整机疲劳寿命提供了参考。     

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...     

可变压缩比对增压中冷柴油机性能影响的模拟分析

为计算可变压缩比技术对柴油机燃油经济性和排放性能的影响,该文通过GT-Power软件,对一台装备有中冷废气再循环系统和可变几何涡轮增压系统的C6.6重型柴油机进行了建模和仿真分析,并采用了直喷燃烧预测模型对模型的有效性进行了验证。研究结果表明,可变压缩比技术使柴油机中、低负荷下燃油经济性的改善可达7.2%,再结合适当的废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率和可变几何涡轮增压系统(variable geometry turbocharger,VGT)控制策略,柴油机的NOx和颗粒物的排放性能可达到欧洲5号标准瞬态测试循环(european transient cycle,ETC)中的排放要求。因此,可变压缩比技术可以有效改善直喷柴油机的燃油经济性,提高排放性能。     

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0.892 79和0.583 61,得到目标与影响因素敏感程度的降序排列为：第...     

聚合物基复合材料发动机体的模态试验分析

该文针对复合材料发动机的振动问题,进行了试制的复合材料发动机体的模态试验研究,并利用计算机模态分析系统获得其前5阶模态参数及振型。试验表明,复合材料发动机机体的固有频率较金属机体高,同时因为机体复合材料属高内阻尼材料,它的黏弹性能有助于增加振动阻尼,因此,复合材料发动机机体具有优良的减振降噪性能;复合材料发动机机体的横向振动是比较严重,需要采取措施改善横向振动特性。试验结果为其结构的改进设计提供了依据。     

翅片结构对航空活塞式风冷发动机缸体强度与传热性能的影响

航空活塞式风冷发动机由于结构紧凑、体积小、质量轻等优势,在通用航空、农业等领域得到广泛运用。针对航空活塞式风冷发动机热负荷问题,该研究以某水平对置四缸四冲程航空活塞风冷汽油机为研究对象,试验测试了标定功率工况下发动机缸内压力,结合缸压试验数据与风冷发动机缸体的结构与传热特性,搭建一维仿真模型,计算获得了缸内燃气侧边界条件。采用热电偶法测试了标定功率工况下缸体关键区域的工作温度,结合缸体温度测试数据与缸内各位置的温度和传热系数,建立流固耦合仿真模型。选择翅片厚度、翅片间距、翅片长度3个主要结构参数分析其对缸体结构强度及传热性能的影响。结果表明,翅片结构对缸体的强度及传热性能影响较大,翅片厚度增大使得温度最大下降19.8 ℃、应力最大下降33.0 MPa。以翅片厚度、翅片间距、翅片长度3个翅片主要结构参数为因素设计正交试验,计算结果表明,翅片长度变化对缸体温度影响最大;选取最优值优化后与原机相比温度最大下降18.2 ℃。翅片厚度对翅片强度影响最大,选取最优值优化后与原机相比热应力最大下降50.1 MPa。研究结果可为航空活塞风冷发动机散热翅片的设计与优化提供参考依据。     

不同工况下柴油机活塞变形的三维有限元分析

为了考察各种工况因素对柴油机活塞工作时变形的影响情况,以某4105型号柴油机活塞为对象,采用三维有限元分析方法,分别就各种工况因素对活塞变形的影响进行分析。结果表明,在机械负荷作用下,随着柴油机负荷或转速的增加,活塞的变形也相应的增大,活塞的最大变形均发生在活塞主推力面裙部下沿位置;在热负荷作用下,随着柴油机负荷的增加,活塞的变形也相应的增大,而此时转速差异对活塞变形的影响不是很明显,整个活塞的最大热变形发生在活塞顶部靠近排气口一侧边缘;活塞在机械—热负荷耦合作用下的变形情况与在机械负荷作用下分析得到的结果相似。该结果可以为活塞的结构改进和优化设计提供参考依据。