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。     

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。     

均质充气压燃发动机采用热障涂层的试验研究

美国环保署制定的严格的排放法规促使汽车工业需寻求一种可靠的低成本解决方案。均质充气压燃(HCCI)是解决该问题的潜在方案之一。HCCI燃烧过程综合了火花点燃汽油机和压燃直喷式柴油机的技术优点,同时避免了各自的缺点。HCCI发动机成功应用于主要汽车市场的困难之一是怎样为发动机提供实现HCCI所需的热量。设计了一种热障涂层,以利用通常由发动机排气和冷却系统浪费的能量。利用获取的能量作为激发HCCI燃烧所需的热源。通过将1台日产汽车公司汽油机的压缩比由10.3提高到13.5,并对气缸盖火力面、气门头部和活塞顶实施热障涂层处理,实现了这一设想。此外,为了建立HCCI燃烧模式,对发动机的实际控制系统进行了调整。     

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。     

小缸径柴油机燃烧室新方案

小缸径柴油机通常采用2气门缸盖和喷油器非中心布置的形式,以扩展气道的流通面积。与缸径相当的采用4气门、喷油器中心布置的气缸盖相比,这种喷油器非中心布置会产生不对称的气体流动和燃油分布,从而导致糟糕的热损失和不太均匀的燃-空混合气。介绍通过改进活塞顶燃烧室的几何形状来实现更均匀的气体流动和燃-空混合气。新方案燃烧室与原有的活塞燃烧室相比,能使燃油消耗减少2.5%,同时还能使氮氧化物排放量减少10%左右。     

大型柴油机高氮氧化物转化率的排放控制系统的研发

选择性催化还原(SCR)系统已被证明是大型柴油机控制氮氧化物(NOx)排放的有效方案。未来的大型柴油机被设计为有更高的NOx排放量,以提高燃油经济性,这需要越来越高的NOx转化效率以满足排放法规要求。为此,未来的后处理设计可采用先进的技术,如选择性催化转化(SCR)涂覆颗粒滤清器(SCRF)和涂覆在高孔隙度直通式载体上的SCR,以获得高转化效率。评价了不同的高NOx转化效率系统。首先,通过使用SCRF单元和附加的涂覆在高孔隙度载体的SCR涂层,设计了高性能的NOx控制催化剂。第二,评价了不同的控制策略,以了解还原剂剂量策略和热管理对NOx转化效率的影响。在1台大型柴油机上进行瞬态循环试验。提高氨投入量而不是尿素可进一步提高转化效率,尤其是在低温下无法喷入尿素的时候。此外,实施热管理改善了低温时的NOx转化效率。结果证明,这种系统加上发动机控制策略的改进可以使瞬态FTP测试循环中的NOx转化效率达到95%以上,从而可使柴油机满足未来排放法规和燃油经济性的目标。     

采用低热损失燃烧概念的高效率柴油机——丰田直列4 缸2. 8 L ESTEC 1GD-FTV 发动机

为了应对柴油机日益增长的需求,并力求在提高扭矩性能的同时实现节能,开发了1 款新型高效率2． 8 L 直列4 缸柴油机。该发动机以1 种创新的燃烧概念为基础,通过减少冷却损失,使发动机效率得到了提高。通过限制缸内气流及改善燃烧室隔热,减少了冷却损失。为了避免限制气流对排放产生影响,开发了1 种能够通过优化缸内燃油分布来提高缸内气体利用率的新燃烧室形状。采用了1 种能够根据气体温度改变壁面温度的新型隔热涂层来提高燃烧室的隔热性能,因而减少了冷却损失,并避免了进气加热的协调作用。为了采用这种燃烧概念,并同时提高动力性能,必须着重调整进排气道的高流量特性。通过采用具有独立功能的进气道、优化进气门的直径和布置、以及提高进排气系统的总体效率实现了这种调整。由于优化气道形状需要更大的设计自由度,因此开发了1种具有较高密封性能的新型气缸盖衬垫,这种缸径为92 mm 的气缸盖衬垫仅采用4 个缸盖螺栓。由于整台发动机都贯彻这种燃烧概念,并结合各种减小摩擦的技术,该发动机的CO2排放比原有机型的减少了约15%,最高热效率约达到44%。     

一种小型直喷式陶瓷发动机

日本京陶公司在不断努力发展内燃机陶瓷零件上又迈出了新的一步,最近研制了一种排量为1.236升的4缸直喷式柴油机并对其进行了试验。活塞、气缸套、气缸盖隔热板、增压器叶轮以及活塞环在设计时都采用有限元法进行了应力分析。这些零件是用氮化硅陶瓷或氮化钛基金属陶瓷制造的。陶瓷零件的耐久性研究是在单缸机上进行的。在对每个零件进行无损检测确信没有缺陷之后(缺陷可能造成零件过早地破裂),安装了一台水平对置的4缸发动机并作了台架试验。 京陶公司研究了活塞上的燃烧室结构和燃油喷射压力对发动机性能的影响。尽管在进行了特殊的设计之后发动机性能有了显著的改善,但仍需要在设计上进行改进。发动机在45马力(PS)、4500转/分的全负荷状态下进行了试验。而后又装在轿车上进行了道路试验。     

道依茨公司的B/FL513系列风冷柴油机

道依茨(Deutz)公司乌尔姆(Ulm)厂在自1979年以来生产的B/FL312/413/413F柴油机的基础上,新研制和发展了B/FL513系列。该系列柴油机采用新的燃烧过程,其中非增压发动机缸径扩大了3mm,使其在较低的转速下发出与旧系列柴油机相同的功率,从而降低了活塞平均速度,进一步提高了发动机工作的可靠性并延长了其使用寿命。发动机的燃油消耗率也进一步降低。 B/FL513系列是新一代柴油机。该机由于装有较多的电子部件,对各种不同的使用条件有很强的适应能力。陶瓷技术也在该机上得到部分应用,从而提高了一些部件的热强度,使发动机向绝热概念的发动机迈进了一步。在本文中的设计部分还介绍了该系列柴油机发展过程中积累的一些经验。     

大功率柴油机活塞环的发展趋势

提高整机功率、延长使用寿命、采用低质燃油是对大功率柴油机活塞提出的一些要求。优化活塞环-缸套-活塞摩擦系统,利用工作表面的耐磨涂层及发展新的涂覆工艺,改善了活塞环的磨损状况,提高了运行寿命;新材料的应用增加了环的强度;应用整个环副相互作用的研究成果改善了机油消耗并减少活塞环数。     

热障涂层对活塞材料平板温度场的影响规律研究

为了简化隔热涂层对活塞温度场影响研究的试验设计方案，并给实际活塞的隔热涂层设计提供设计依据，以活塞材料制成的平板为研究对象，通过数值仿真分析和试验验证的方法，探究隔热涂层对平板表面温度场的影响规律，并对某型汽油机平顶活塞进行仿真计算，分析活塞表面形状的影响，验证平板研究中所获规律对活塞模型的适用性。结果表明，数值分析结果与试验所得规律有着很好的吻合度，两者的误差在10%以内；活塞设计中可利用仿真方法进行初步计算，用以指导试验设计，优化试验温度测量布点，降低试验工作量及成本；隔热涂层对活塞材料制成的平板有着显著的隔热效果，涂层的导热系数越小，厚度越大，隔热效果越佳；选用热障涂层时应优先考虑导热系数小于8 W/(m·K)的材料，且对于ZrO₂涂层，厚度每增加0.1 mm,活塞基体表面温度降低4～5 K,尤其厚度在0.2～0.4 mm段隔热效果改善最为显著。     

燃烧室隔热对CUMMINS公司 V-903发动机低散热量性能的影响

根据美国陆军坦克与机动车指挥部的合同,Cummins公司已在研制一台低散热量的450kw发动机。本文论述了为达到6.6kcal/kw·min单位制动散热量及200g/kw·h制动燃油消耗率方案目标而进行的工作情况,介绍了在低散热量发动机上测量散热量的方法,讨论了原准机的改进设计及其对改善油耗的影响。同时根据第一定律能量平衡和冷却负荷分布,评定了性能试验数据。通过散热量数据更深入地了解了隔热部件和两种冷却系统设计的性能。用柴油机循环模拟计算结果与试验数据进行比较,并用来预测陶瓷隔热对发动机散热量的影响。     

通过控制活塞振动降低柴油机燃烧噪声

现在,乘用车柴油机需要满足各种不同的要求,如低噪声、低燃油耗、低排放,以及高输出功率。改善噪声的关键是降低燃烧噪声,也就是降低柴油机敲缸噪声。降低柴油机敲缸的传统方法是减少由燃油预喷射引起的燃烧激振力、附加发动机机体加强筋或利用隔声罩改善噪声传递特性。然而,这些方法都有负面影响,如燃油经济性恶化、成本/质量增加。因此,需要依靠改进发动机结构来降低噪声。通过发动机试验分析了从活塞、连杆、曲轴到发动机机体的噪声传递路径和振动特性,认定活塞共振是噪声源。为了吸收活塞垂直运动产生的共振能量,设计了带有动态阻尼器的新型活塞销结构,它能产生与活塞反向的共振。验证了采用这一新技术降低柴油机敲缸的效果。     

降低柴油机传到冷却系统的热损失

本文通过对一台高比功率涡轮增压直喷式卡车柴油机的计算机模拟,预估排气道和燃烧室零件采取隔热措施的效益。将一台标准发动机与隔热发动机进行了比较,隔热发动机的排气道、缸盖、活塞和缸套,或者单独隔热,或者其中几件或全部隔热。还研究了,当通过燃烧室壁的热损失变化相当大时,对发动机工况进行重新最佳化的必要性。 发展一种降低发动机传到冷却系统的热损失的技术,而且能用于现有发动机结构且成本低、改动少,其重要性是公认的。研究了达到这些目标的可能方法,并评价了它们的效果。 本文还叙述了在排气道内安装陶瓷衬套的柴油机的成功试验,发动机的试验运转时间在1000小时以上。     

进气节流对柴油机性能和排放影响的试验研究

针对柴油机在进行国六排放标准试验时,WHTC循环试验中排气温度低,部分工况点达不到后处理器的起喷温度,SCR催化转化效率不佳的问题,在1台带有节气门的柴油机上开展了试验,研究了进气节流对柴油机排气温度、空燃比、排放和燃油消耗率等的影响。结果表明:低负荷时,节气门关度在0%～40%时,进气节流对柴油机性能和排放影响较小;节气门关度在40%～65%时,进气节流可以明显提高柴油机小负荷时的排气温度,且不会使发动机不透光烟度、CO、THC、NO_x显著增加;当节气门关度超过70%时,进一步增加节气门关度能迅速提升排气温度,但是会使发动机排放严重恶化,燃油消耗率迅速升高。     

产品信息

Volvo公司大功率柴油机的改进Volvo公司的D12D柴油机为直列 6缸 ,排量为 12L ,采用增压中冷和 4气门技术 ,该机输出功率在 2 5 0kW～ 36 8kW间共有 5档可供选择。D12D柴油机的供油系统采用全电子控制单体泵 ,保证了油气的良好雾化和燃烧完全 ,且燃油消耗率较低。车用发动机转速限制在 180 0r/min以下 ,噪声水平较低。D12D柴油机采用整体式气缸盖使外形更加紧凑 ,且有利于阻隔机内噪声的外传 ;排气制动总阀直顶增压器蜗壳的出口处 ,使废气的可压缩空间容积变得较小 ,制动效能提高 ;另外还增设了排气阀制动机构 ,在活塞的压缩行程终了 (…     

柴油机可调两级增压系统变海拔稳态调节特性研究

利用GT-Power软件建立某V型柴油机仿真模型,并进行了可调两级增压系统的匹配。模拟计算了不同海拔条件下发动机全工况运行时高压级涡轮旁通阀开度对燃油消耗率的影响。结果表明,高压级涡轮旁通阀开度是通过发动机指示效率与泵气损失间接影响燃油消耗率。同一工况下,发动机燃油消耗率按其主要影响因素的不同分为示效率主导区、泵气损失主导区以及两者综合影响区。且随着海拔的升高,影响发动机燃油消耗率的指示效率主导区域扩大,泵气损失主导区域减小。最后,以最佳燃油经济性为指标,得到变海拔全工况下涡轮旁通阀最佳阀门开度。     

隔热涂层对活塞温度场及应力场的影响分析

以汽车发动机铝合金活塞为研究对象，建立等离子喷涂涂层隔热性能分析仿真模型，综合分析粘接层材料及孔隙率对涂层隔热性能的影响，并对涂层样块进行隔热性能试验。结果表明：隔热涂层的存在使活塞金属基体的温度显著降低，其中ZrO₂隔热层+NiCrAlY粘接层的组合隔热性能最好，且随着粘接层孔隙率的增加，涂层隔热性能提升，但孔隙率过大会导致涂层与基体的机械结合强度降低，综合考虑隔热性能与结合强度结果，涂层粘接层的最佳材料为NiCrAlY、最佳孔隙率为10%，喷涂上述隔热涂层后，在实际工况条件下活塞的等效热应力值满足产品设计要求。     

摩托车涂层技术探讨

摩托车常用的硬铬电镀涂层工艺,由于存在许多缺陷,今后有可能部分被热喷涂层工艺取代。目前,国外已将镍磷基陶瓷复合材料(NCC)涂层用于摩托车发动机上,离子镀(TiN)涂层用于摩托车活塞环上,原用于航空发动机、燃气轮机、柴油机中的热障涂层(TBCs),也有可能用于高性能的摩托车上。     

燃烧糖水溶液乳化柴油的经济性试验

为实现节能与环保,文章利用复合型乳化剂通过适当的乳化工艺配制糖水溶液乳化柴油,并在双缸直喷式柴油机上对纯柴油、乳化柴油和葡萄糖、蔗糖以及果糖水溶液乳化柴油的经济性进行了对比试验。研究结果表明:在柴油机参数不做改变的情况下,燃烧一定质量浓度的糖水溶液的乳化柴油可以降低发动机的燃油消耗率;随着糖水溶液乳化柴油中糖水溶液质量浓度的逐渐增加,在小负荷范围内燃油消耗率逐渐降低,而大负荷时燃油消耗率逐渐增加。该试验可以为研究糖水溶液乳化柴油燃烧时发动机的各项性能指标提供参考。