高性能柴油机活塞的计算分析

在大型电子计算机上,用有限元法对柴油机的活塞进行机械应力和热应力分析,提高了柴油机设计水平。本文是首次用ASKA-T来计算活塞温度场,并成功地利用计算机绘出温度场曲线。     

高功率柴油机的活塞

随着内燃机比功率的不断提高,活塞所承受的热负荷和机械负荷也在不断地增大。本文讨论民用车辆、机车和船用发动机的现代活塞的设计问题。对活塞的研制工作做了一个调查,并通过实例解释了部分活塞是怎样在实验室里进行试验的。     

柴油机的活塞展望

由于活塞和活塞环承受的热负荷和机械负荷日益增加,润滑油量减少,同时柴油机厂又在不提高发动机售价的情况下,提高燃油效率和耐久性,因此,对活塞和活塞环的要求更加严格。为此,格茨公司制订了自己的研究计划,并与谢菲尔德·哈莱姆科技大学和伯明翰英格兰中央大学合作共同开发多种结构的活塞。     

高比功率柴油机活塞失效分析

通过对两例高比功率柴油机冬季在北方地区使用中活塞失效实例的分析 ,找出产生活塞失效的原因 ,并提出避免这种失效应采取的措施。     

陶瓷涂覆的柴油机活塞热分析

涂覆陶瓷涂层可以改善活塞顶部的热力性能,从而提高活塞的使用寿命。文章首先在三维软件PRO/E中建立了柴油机活塞模型,然后通过N-S方程对活塞进行稳态下热力场求解,得到活塞的稳态温度场。对比计算结果,发现在活塞顶部涂覆陶瓷涂层可以明显改善活塞顶部热力性能。     

车用高负荷柴油机活塞

近年来,柴油机在功率和可靠性等性能方面取得了惊人的进展,因而柴油机作为汽车、工程机械和船舶等的动力得到了广泛的应用。而社会对改善柴油机固有的问题,如噪声、振动、排气等也提出了越来越严格的要求。随着大城市排气污染的恶化,车用柴油机的排放规则也将更加日益严格,仅变更较少的因素是很难实现改善柴油机排气的。从活塞设计的角度来说,在整体设计上实现这一要求并非不可能,但本文不予讨论。本文重点介绍高负荷柴油机活塞的活塞销孔、燃烧室、活塞环槽等方面的改进措施。     

柴油机活塞组耦合模型有限元分析

建立了活塞、活塞环、活塞销和缸套的耦合模型，采用接触对、设定接触热阻的方法对耦合模型进行了二维和三维瞬态温度场的分析。对采用接触模型和粘贴方式模型的分析结果做了比较。对活塞组的机械负荷及热负荷做了耦合场静态分析。     

重载柴油机活塞的结构设计

<正>在重载柴油机上,活塞的工作可靠性很大程度上是取决于活塞的结构设计。本文编译自联邦德国马勒(Mahle)公司论文集上有关活塞结构设计的文献,力图在活塞结构型式、材料、主要尺寸、冷却油腔、环槽镶圈、销座设计以及结构强度试验等诸方面对马勒公司的研究成果作一较系统的介绍,以供从事活塞设计和研究的专业人员参考。     

柴油机活塞的突破性设计

在经历一年多的全球金融危机严酷考验之后，2009年11月中国进出口终于由历时12个月的下降转为增长。虽然时下仍然是三九严冬，对外贸易却已经可以依稀感觉到即将来临的春天。     

活塞涂层对柴油机性能影响的研究

发动机活塞绝热的目的是减少热损失,从而提高指示效率。热障涂层被用于模拟绝热发动机的工作状态,其目的不仅是降低缸内热损失,防止底层金属表面的热疲劳,而且也是为了减少发动机排放。采用热障涂层能降低从燃烧室表面(包括气缸盖、气缸套和活塞顶)和活塞环向发动机冷却水套的传热。应用以陶瓷为基体的涂层,使燃烧室的隔热对燃烧过程产生影响,从而影响发动机的性能和废气排放特性。在油价快速上涨的情况下,绝热技术因有助于降低燃油耗而显得越来越重要。在柴油机活塞顶部采用等离子喷涂的热障涂层,研究其对发动机性能的影响。证实这种涂层能提高发动机的热效率和机械效率。     

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。     

设计参数对液压自由活塞柴油机性能的影响分析

简要介绍了液压自由活塞柴油机的工作原理、动力学仿真模型,通过仿真计算和试验研究,详细分析了设计参数对该柴油机性能的影响规律,获得了影响液压自由活塞柴油机活塞运动规律的主要参数,为压缩比控制、活塞运动规律控制提供了参考依据,为所研制的液压自由活塞柴油机原理样机设计提供理论指导。     

活塞裙部涂层图案对摩擦力及燃油耗的影响

降低活塞摩擦是改善发动机燃油经济性的有效途径。研究的目的是考察最佳的活塞裙部涂层图案。在分析活塞的润滑状态后得知,除膨胀行程外,活塞都是在流体润滑状态下工作的。因此,在活塞裙部涂覆带图案的涂层可以减少滑动区域。采用裙部涂覆被试图案涂层的活塞,测量发动机的燃油耗,以及活塞的摩擦力。结果表明,如在活塞裙部反推力侧涂覆带竖纹图案的涂层,可降低活塞的摩擦损失,从而降低发动机的燃油耗。     

柴油机活塞失效形式浅析

活塞是柴油机的核心机件,由于其工作条件恶劣,加之使用维修不当,很容易损伤而导致失效。活塞的失效形式有磨损、偏磨、机械损伤和烧熔。     

柴油机活塞销孔型线对比分析研究

针对某柴油机活塞销孔的磨损问题,分别借助有限元方法和EHD仿真方法研究了不同销座结构匹配多种销孔型线对接触应力的影响,及不同活塞销孔型线对润滑特征评价参数的影响。综合研究表明,活塞销孔型线与热变形匹配不合理所引起的润滑状态恶化是导致活塞销孔磨损的直接原因,因此通过合理调整销孔型线可使接触应力均匀,润滑状态良好,并有效降低活塞销座磨损风险。     

大功率柴油机活塞连杆组机械损失分析

某大功率柴油机的整机机械损失试验研究表明,活塞连杆组机械损失占比最大,后续着重开展该组件机械损失研究。考虑到整机试验难以考察活塞连杆组各摩擦副机械损失,因此借助仿真方法开展其机械损失分配研究,并通过各分项机械损失之和与修正试验数据对比验证模型有效性。在此基础上,进一步研究了活塞连杆组机械损失随最高燃烧压力和转速的变化规律,为该柴油机未来强化和机械效率提升提供依据。     

柴油机用高性能铸铝活塞

现今柴油机技术发展，给活塞能够承受的热负荷和机械载荷提出了更高的要求，同时对活塞的体积以及重量也有更加严格的限制。而如今普遍采用的硅铝合金活塞越来越无法满足现代活塞设计的要求，因此活塞材料性能的提高已事在必行。由于活塞室内温度和压力可迅速达到甚至超过4000c和200bar，热机械疲劳（TMF）和高周疲劳（HCF）的相互作用导致燃烧室喉口和底部过早出现疲劳裂纹，如图1所示。     

轿车柴油机用钢活塞

近几十年来,铝活塞已被成功应用于轿车柴油机。然而,不断升高的热负荷和机械负荷使得钢用作活塞材料更具吸引力。为满足负载能力和性能日益增长的需求,KS Kolbenschmidt公司为轿车柴油机开发了钢活塞。     

Mercedes-Benz车用柴油机钢活塞

长期以来,钢活塞一直用于载货车用柴油机。2014年,Daimler公司作为最早的汽车制造商将钢活塞应用于轿车柴油机。现在钢活塞不仅用于Daimler公司OM626和OM607柴油机的传统灰铸铁气缸套曲轴箱,还首次用于OM642-V6柴油机全铝气缸体曲轴箱与Nanoslide气缸工作表面涂层的组合。