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。     

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。     

适用于高燃烧压力和减少传入冷却液的热损失的活塞设计

作为标准铝活塞的替换方案,带冷却油道的单体(也叫整体)球墨铸铁活塞已经得到发展,可用于大功率柴油机上。这种活塞允许燃烧压力为3000磅/英寸~2(207巴)。由于活塞顶表面平均温度提高了180°F(100℃),所以活塞从燃烧室吸入的热量较少。要进一步减少传入冷却液的热损失,可以采用不冷却的组合活塞。根据二维有限元分析,金属顶的结构预计可减少热损失60％,陶瓷顶不会有更大的效果。     

发动机结构要素对活塞温度的影响

实践表明，活塞工作时承受的热负荷的大小，不仅与活塞的结构设计有关，而且还与发动机的整体结构设计有关。提出了几种增强活塞冷却传热能力、降低活塞温度的结构方案，经试验表明，活塞第一环槽位置及缸体水套高度的改变对活塞温度的影响较大。     

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。     

气囊式绝热活塞

为了减小发动机的冷却损失和提高其热效率,国外不少汽车厂商都相继推出自己的绝热式活塞。这些活塞几乎均采用陶瓷活塞顶,采用这种结构不仅生产工艺与原工艺相差甚远,而且在活塞顶与活塞体的紧固问题上也很难找到一种简单而又可靠的解决办法。为此,英国AE集团独辟蹊径,采用钢质活塞顶,利用气囊进行膈热,这样就妥善解决了活塞顶与活塞体的紧固问题,同时,所用的材料和工艺与传统的也相差不远。AE集团研制出了两种气囊式绝热活塞,分别用于单缸机与多缸机(见图)。它们均由一个钢质活塞     

Volvo公司重型载货车柴油机的热管理系统

Volvo公司全新修改了其重型载货车柴油机平台的热管理系统,通过液体流量、活塞冷却和机油温度的主动调节,其燃油耗比本来就已高效的老机型最多能降低2.0%。     

高强化柴油机组合活塞温度场的三维数值模拟

在对PA6—280柴油机的钢顶铝裙组合式活塞的热负荷状况进行分析的基础上,建立了该型活塞的三维热分析模型,并借助于强大的有限元分析软件ANSYS5 5计算分析了活塞的热负荷,得到了与测量结果相吻合的三维温度场。数值结果为进一步进行柴油机活塞的结构改进和优化设计提供了依据。     

柴油机活塞低周热疲劳寿命预测

以柴油机铝合金活塞为例 ,通过建立有限元计算分析模型与加速热疲劳试验 ,研究其低周热疲劳寿命 ,以局部应力—应变理论的Coffin—Manson公式和线弹性有限元理论为基础 ,总结出在热疲劳与高温蠕变相互作用下的低周热疲劳寿命预测公式 ,预测值与试验结果基本相同 ;同时又对试验结果进行分析并提出修正建议。     

高强化柴油机铝合金活塞承载特性研究

重点研究某高强化柴油机铝合金活塞在典型服役工况下温度和应力随时间和载荷的变化行为,明确热机械载荷作用下活塞的承载规律,为活塞寿命预测模型建立提供依据,同时为材料研制提供载荷约束。首先建立了活塞有限元分析模型,利用温度及应力测试数据对模型进行了标定,进而基于该模型计算了标定工况稳态条件下以及怠速工况与标定工况交替变化条件下活塞温度和应力的变化规律。仿真结果表明:在工作循环内,活塞顶面温度波动幅值在28℃以内,由此引起的热应力波动幅值达到35 MPa左右,因此在活塞疲劳寿命预测时工作周期内高频热负荷的影响不可忽略;燃烧室喉口在热载荷作用下呈现压应力,在机械载荷下呈现拉应力,热机耦合载荷会导致沿销孔方向出现拉应力,沿主副推力面方向呈现压应力;在怠速工况与标定工况交替变化条件下,活塞喉口载荷变化最明显,应力与温度的变化率相关,应力幅值较高,该区域易发生低周疲劳损伤。