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。     

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。     

关于减少重型柴油机活塞表面热损失的新活塞隔热理念

为减少热气体和活塞燃烧室表面之间的热传递，锻钢活塞燃烧室表面先通过热喷涂技术覆盖了一层薄二氧化锆(厚度0.5 mm)，旨在使表面温度波动能与燃烧室表面附近的火焰温度保持高度一致，由此减小两者之间的温度差。     

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。     

铝合金活塞红外线加热热疲劳试验台架研究

文章针对铝合金活塞，特别是高强化特种车用发动机铝合金活塞的材料温度场的特点，利用红外线加热及一系列冷却调整、控制措施、保证自行设计的热疲劳试验台架对铝合金活塞的热模拟精度，并使该台架具有了进行高频影响下低频热疲劳试验研究的能力。     

铝合金活塞红外线加热热疲劳试验台架研究

本文针对铝合金活塞（特别是高强化特种车用发动机铝合金活塞）的材料温度场的特点，利用红外线加热及一系列冷却调整、控制措施，保证自行设计的热疲劳试验台架对铝合金活塞的热模拟精度，并使该台架具有了进行高频影响下低频热疲劳试验研究的能力。     

铝合金活塞红外线加热热疲劳试验台架研究

本文针对铝合金活塞（特别是高强化特种车用发动机铝合金活塞）的材料温度场的特点，利用红外线加热及一系列冷却调整、控制措施，保证自行设计的热疲劳试验台架对铝合金活塞的热模拟精度，并使该台架具有了进行高频影响下低频热疲劳试验研究的能力。     

基于瞬态分析的柴油机活塞疲劳寿命预测

以某增压柴油机活塞为研究对象,建立了由曲柄连杆机构和缸套组成的装配体有限元模型,计算了活塞在热载荷、机械载荷和热-机耦合作用下的应力分布,在此基础上将计算得到的热-机耦合应力场作为疲劳载荷,采用名义应力法对活塞进行疲劳寿命计算。结果表明:活塞的短寿命区域出现在活塞销座内侧上部,最低循环次数为8.823×10~7次,折合1 470.5h。从计算结果看,活塞的结构较为合理,能满足柴油机的使用要求。     

镶圈内冷一体活塞的数值研究

为了研究镶圈和内冷油腔对活塞可靠性的影响,对同一型号、不同结构的带镶圈活塞进行模拟计算分析。首先对标定工况下的镶圈活塞进行硬度塞测温试验,作为温度场模拟计算的约束条件;然后考虑温度、燃烧压力、惯性力等因素影响进行热机耦合计算,得到活塞关键位置的变形、应力等结果;最后,使用疲劳分析软件计算活塞的高周疲劳。通过对比发现,镶圈内冷一体活塞一环槽根部温度分别比镶圈活塞和镶圈内冷活塞低6.5%,16%,其热应力分别降低了33%,15%,机械应力分别降低了31%,11%。结果表明,镶圈内冷一体结构的应用,有效避免了应力集中现象,既可以有效降低活塞头部热负荷和机械负荷,同时也能增强环槽的耐磨性,延长环槽下侧面的寿命。     

发动机活塞热疲劳模拟试验装置

为确定活塞等受热部件的热疲劳强度，利用相似原理建立了一套试验装置来模拟活塞在实际工况下的受热情况。实际应用中证实了试验装置的可靠性，并能够在较短的时间内完成活塞的热疲劳试验。     

大气环境下生物柴油燃烧火焰温度的试验研究

在大气环境条件下进行了不同配比的生物柴油—柴油混合燃料的燃烧试验。在盖顿(A.G.Gaydon)和伍法德(H.G.Wolfhard)提出的火焰温度、绝热火焰温度等火焰特征参数的基础上,提出了相对火焰温度、平均火焰温度、分层火焰温度、高温点数量、温度最大差值等评价指标,对火焰的温度特征参数进行细化和定量,从火焰学的角度研究了大气环境条件下火焰温度特征参数随燃料混合体积分数的变化规律。研究结果表明:随着生物柴油混合体积分数的增大,外焰温度、高温点数量、高温区域所占比例、温度最大差值、相对平均火焰温度均增大,为NOx的生成提供了高温环境。     

阻燃剂对沥青混合料性能的影响

中国的公路建设发展迅速，公路隧道建设的规模和数量在逐年增加。隧道内传统路面表现出一定的弊端,隧道空间较封闭，用沥青混凝土也有潜在的风险。现采用不同的阻燃剂制备阻燃沥青，通过氧指数试验、直接燃烧试验、车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验等方法，分析不同的复掺阻燃剂对沥青混合料的阻燃性能和路用性能影响。研究结果表明:自制的阻燃剂有良好的阻燃效果，最佳掺量为6%，掺入阻燃剂可以使沥青混合料的高温性能有所提高，低温性能有所改善，水稳定性有所降低，减少了燃烧时间，燃烧后的残留动稳定度有一定程度的提升，即复掺阻燃剂可以在很大程度上改善沥青混合料的阻燃性能。     

负荷控制方式对甲醇发动机性能影响的试验研究

在1台2L柴油机改装的点火式甲醇发动机上分别采用节气门、节气门联合EGR以及单纯EGR的方式来控制发动机负荷,试验负荷选择了全负荷的50%和75%,过量空气系数保持在1附近,调整点火角,进行动力性和排放性试验。研究发现:两种负荷下都是采用节气门联合EGR控制负荷时发动机的动力性和经济性最好;两种负荷下的HC排放随控制方式的不同而不同,但均为节气门控制负荷时HC排放最低;两种负荷下的CO排放随控制方式的不同而不同,但都是节气门控制负荷时CO排放最高;两种负荷下的NOx排放规律相似,均为节气门开度越大,NOx排放越低。     

P2结构混合动力系统协同控制

为了提高混合动力各系统的控制效率和响应性,针对P2结构混合动力系统控制对象的特点和整车的功能需求,提出了P2结构混合动力控制系统的构架和所有有效的工作模式,并从整车运行工况和模式转换效率的角度总结了所有有效的工作模式转换真值矩阵。为了满足各节点单元的协同控制要求,提出了P2混合动力控制系统的协同控制构架,约束了各控制单元的主要功能和接口定义,并对多个控制单元之间的复合控制过程进行描述。分析了2种不同动力源在液压控制的混合动力离合器的耦合过程以及混合动力离合器与换挡离合器控制过程重叠时所带来的动力迟滞,对离合器的压力控制和发动机的启动过程时序进行了优化。在不同的控制阶段定义了关键的控制目标,建立发动机扭矩、电机扭矩、混合动力离合器控制压力三者之间的关联。结果表明：发动机、电机、变速器之间通过HCU的协同控制方法能够高效地完成混动工作模式之间的转换。整车试验验证了各系统的系统控制效果,整个模式转换过程的时间为1.5 s,换挡品质和动力响应性满足驾驶需求。     

阻燃剂对隧道阻燃沥青混合料技术性能的影响

首先研究了3种不同阻燃剂对SBS改性沥青阻燃性和物理技术指标的影响,进而研究了不同复合阻燃剂改性方案下阻燃沥青混合料路用性能差异。试验结果表明,阻燃剂的加入可有效提高SBS改性沥青的极限氧指数,但也会对SBS改性沥青的低温抗裂性和水稳定性产生不利影响,相比经复合改性后的阻燃沥青混合料其综合路用性能均有较大提升,其各项路用性能指标均满足规范要求。     

柴油-丁醇混合燃料喷雾火焰的两色法测试研究

基于两色法原理,可利用彩色高速相机测量喷雾火焰的温度和炭烟浓度（KL）二维分布的时间演变,为先进柴油机燃烧系统设计提供必要信息。通过使用单台彩色相机的两个独立感光通道,两色法测量装置得到大幅度简化。两色法的测试结果受多种因素影响,例如双波长的选择,带通滤片的透过性,光路的设置等,然而相关研究并不充分。本文在对两色法的测试不确定度及误差进行了分析和讨论之后,并对柴油丁醇混合燃料在不同环境氧体积分数下的火焰温度和炭烟浓度（KL）的时空分布进行了研究。     

Effect of fuel stratification on initial flame development: Part 2-low swirl condition

This paper is the second invstigation on the effect of fuel stratification on flame propagation. In the previous work, the characteristics under the no port-generated swirl condition, i.e., the conventional case was studied. In this work, the flame development under the low swirl condition was considered. For this purpose, the initial flame development and propagation were visualized under different axially stratified states in a modified optical single cylinder SI engine. The images were captured by an intensified CCD camera through the quartz window mounted in the piston. Stratification was controlled by the combination of the port swirl ratio and injection timing. These were averaged and processed to characterize the flame propagation. The flame stability was estimated by the weighted average of flame area and luminosity. The stability was also evaluated through the standard deviation of flame area and propagation distance and through the mean absolute deviation of the propagating direction. The results show that the flame-flow interaction determines the direction of flame propagation and that the governing roles of the two factors vary according to the stratified state and the location in the cylinder. In addition, the flame development and the initial flame stability are strongly dependent on the stratified conditions, and the initial flame stability is closely related to the engine stability and lean misfire limit. Lastly, there is no essential difference in gasoline and CNG flame propagation characteristics.     

基于新型动力耦合构型的HEV模式切换协调控制策略研究

受到不同动力源响应差异及离合器非连续工作特点的影响,混合动力汽车(Hybrid Electric Vehicle,HEV)在模式切换过程中存在动力传递不连续及整车纵向冲击.针对一种采用新型动力耦合构型的混合动力汽车,研究了车辆由纯电动状态切换至发动机单独驱动的多动力源协调控制策略.此方案将模式切换过程分为5个阶段,确定...     

Combustion characteristics of hydrotreated vegetable oil – diesel blend under EGR and supercharged conditions

This paper investigates the effects of Hydrotreated vegetable oil-diesel blend to combustion characteristics under various ambient oxygen concentrations and ambient pressure. Combustion characteristics were investigated using heat release rate analysis, two color method, soot concentration measurement and NOx concentration measurement. The experiments were carried out on a rapid compression expansion machine to simulate the ambient condition of a CI engine at TDC. Synthetic gas with oxygen concentrations of 21 %, 15 % and 10 % were used to simulate EGR conditions. A single hole injector was used with five different fuels: commercial diesel, HVO-commercial diesel blends and HVO. The results showed that increasing HVO blending percentages decreased ignition delay, flame temperature, soot concentration and NOx concentration. Heat release at oxygen concentration of 10 % dramatically dropped due to a shortened ignition delay, which resulted in less combustion. A decreased oxygen concentration from applied EGR conditions not only increased ignition delay, heat release, flame temperature and NO_x concentration, but also increased soot concentration. A combination of EGR and supercharged conditions by increasing ambient pressure and decreasing oxygen concentrations resulted in increased heat release, decreased flame temperature, ignition delay and soot concentration, compared to EGR conditions.     

基于模糊控制的纯电动轿车整车优化控制策略

将纯电动汽车分为3种行驶模式:常规模式、经济模式和动力模式.动力模式注重提高车辆的动力性,经济模式注重延长车辆的行驶里程,常规模式则为两者的折中.文中利用模糊控制方法设计了整车控制策略,利用MATLAB软件进行了仿真,开发了整车控制器并进行了相关试验,结果表明,该策略对于提高电动汽车性能起到了良好的作用.