基于电磁驱动的自由活塞发动机燃烧室结构优化设计

为改善自由活塞发动机的燃烧质量,依据建立的电磁驱动自由活塞发动机仿真模型,采用数值模拟与试验相结合的方法对自由活塞发动机燃烧过程进行了仿真分析,并对活塞顶部形状进行了优化设计.结果表明,通过对电磁驱动的自由活塞发动机燃烧室的优化设计,提高了换气效率,增大了压缩比,缸内峰值压力随之增大.该研究为组织好电磁驱动自由活塞发动机缸内气体流动提供依据,为电动汽车和混合动力汽车的发展提供发动机基础.     

高速发动机配气机构的运动学分析

讨论了汽车、摩托车用发动机高速顶置凸轮轴式配气机构的运动学问题。在精确求解气门与凸轮从动件升程关系方程的基础上，对凸轮加工、检验等方面急需解决的升程转换问题进行了分析。     

高速精密磨削汽车凸轮轴的加工技术

凸轮轴是发动机的关键零部件之一,其轮廓精度直接影响到发动机的性能和寿命。采用高速精密磨削方法和工艺加工凸轮轴可以满足高速、高效、高精度的加工要求。稳定凸轮轴的加工质量,可望取得良好的经济效益。     

柴油机活塞燃烧室疲劳开裂失效机理研究

以2种不同结构的柴油机活塞为研究对象,在相同的试验条件下进行发动机疲劳耐久可靠性台架试验,直至2种活塞分别开裂失效。试验结束后,采用金相显微镜和扫描电子显微镜对活塞的微观组织和裂纹形貌进行表征,并结合有限元模拟对活塞燃烧室的开裂失效机理进行研究。研究结果表明：活塞在机械或热机耦合载荷作用下,燃烧室底部会出现较高的拉应力,而机械载荷的周向应力最大值出现在销孔方向的燃烧室底部;活塞运行时间越长,活塞材料越容易发生“过时效”,从而导致活塞的强度和硬度明显下降,引发开裂失效风险;通过将活塞内冷油腔位置向上移动,并根据燃烧室形状将内腔顶部进行等壁厚随形设计,可以降低燃烧室部位的机械及热机耦合应力,有效提高活塞服役寿命。     

基于APDL语言的活塞热应力分析

活塞是发动机的核心,工作环境极其恶劣.活塞顶部直接承受高温燃气作用,容易形成不均匀的温度梯度,产生较大的热应力造成活塞受损,活塞的运行可靠性直接影响发动机的使用寿命.基于ANSYS的APDL语言,建立了活塞有限元模型,应用第三类边界条件施加活塞边界温度和换热系数,对活塞进行温度场和热应力分析,分析计算结果,得到活塞温度场、热流密度和热应力分布规律.结果表明活塞燃烧室边缘温度最高,第一环槽处热流密度最大,活塞环槽处和燃烧室边缘热应力相对较大.为活塞的结构设计和可靠性分析提供了参考.     

具有ω型燃烧室的缸内流动特性的研究

用PDA对活塞顶具有ω型燃烧室的缸内二维紊流场进行了测量,讨论了气门偏置、燃烧室偏心、挤流以及活塞运动速度对平均速度和紊流强度的影响,结果表明:在进气过程中缸内气流是翻滚式的流动,而在压缩过程中则是朝向燃烧室的汇合流动.     

活塞裙"软靠模"数控机床加工不稳定性分析及处理

钢顶铝裙活塞是铁路内燃机车发动机的现役活塞品种之一,活塞裙外圆轮廓的加工精度能否保证,直接影响着发动机的性能.为此,一些生产厂家选用PTC-Ⅱ型中凸变椭圆数控车床一"软靠模"数控机床,以代替较早的"硬靠模"仿形加工车床,即活塞轮廓形状全部由高频响伺服刀架代替机械仿形,避免或减少了由于惯性、间隙、摩擦等原因造成的传动误差,大大提高了活塞裙的加工精度.但是其加工的稳定性是一个关键性问题.     

具有ω型燃烧室的缸内流动特性的研究

用ＰＤＡ对活塞顶具有ω型燃烧室的缸内二维紊流场进行了测量，讨论了气门偏置、燃烧室偏心、挤流以及活塞运动速度对平均速度和紊流强度的影响，结果表明：在进气过程中缸内气流是翻滚式的流动，而在压缩过程中则是朝向燃烧室的汇合流动。     

活塞航空煤油发动机活塞销孔变形分析

建立某型活塞航空煤油发动机活塞销受力数学模型,分析活塞顶部与活塞裙部连接螺纹位置对活塞销受力的影响。在温度场、热应力和机械应力多场耦合条件下,利用ANSYS软件分析活塞销孔的变形。对螺纹位置改变前后的燃烧室、活塞裙部重要位置点的温度进行模拟和测量。研究结果表明:螺纹位置改变后,活塞销孔变形减小50μm,活塞销磨损状况得到改善;螺纹位置改变前后燃烧效率没有改变,但在多场耦合作用下,燃烧室中间略有凸起。     

基于BP神经网络的汽车发动机凸轮轴数控磨削加工工艺优化

随着汽车工业的迅速发展,作为汽车发动机的关键零件,凸轮轴的需求量越来越大,对其加工质量和加工效率的要求也越来越高．本文概述了凸轮轴磨削加工的现状,介绍了人工神经网络特别是BP神经网络的相关理论,最后采用BP神经网络算法对凸轮轴磨削加工部分工艺参数进行优化．     

点燃式发动机碗形燃烧室的试验研究

在同１台单缸汽油机试验台上分别采用浴盆形和压缩比不同的碗形燃烧室进行了动力性能、经济性能、排放指标和燃烧过程分析的对比试验研究．结果表明，采用碗形燃烧室后，发动机的总燃烧期缩短，循环变动率下降，适合采用较高的压缩比，在排放指标大致相当的条件下动力性能改善，具有节油１０％以上的效果，有着良好的实际应用价值．     

柴油机压缩过程紊流场规律的研究

在直喷式柴油机气缸和燃烧室中利用热线风速仪研究了紊流场的发展变化规律;在两种不同压缩间隙情况下对压缩过程中紊流场进行测量的结果表明,只有在压缩过程的初期及中期,紊流场才可以近似地当做均匀各向同性紊流场,而在循环的其它时间内,气缸和燃烧室内的紊流场属于非均匀各向异性的;通过对气缸和燃烧室中空气运动的力、能转换的分析,导出了上止点附近燃烧室内涡流转速的估算公式,利用该公式得到的结果与试验结果相当吻合。研究和探讨了燃烧室中空气涡流和紊流强度增加的原因及其影响因素。     

涡流室式柴油机燃烧室的改进设计对燃烧过程的影响

介绍把一台单缸涡流室式柴油机涡流室镶块直连接通道改为变角度连接通道，活塞顶双“ｗ”坑主燃烧室改为腰鼓形双“ｗ”坑主燃烧室的研究过程，主要内容包括在稳流试验台上测量通道改进前后的流量系数，倒拖试验台上用热线风速仪测量改进前后燃烧室中的气流运动状况，详细分析研究了变角度连接通道的气动喷射特性和燃烧室改进对柴油机燃烧过程、燃油经济性及排放的影响。     

自由活塞初速度对微发动机燃烧特性的影响

根据自由活塞发动机的动力学特点,提出单次冲击微型均质充量压燃（HCCI）自由活塞发动机工作过程的模拟方法,并对目前定容燃烧模型进行一定的修正．考虑自由活塞的动能变化对燃烧参数的影响,提出自由活塞截断速度的概念,比较改进后的燃烧模型与目前的定容燃烧模型的计算结果,显示出改进模型的合理性．同时运用改进模型对HCCI自由活塞发动机不同初始速度下的燃烧特性进行模拟,得到了工作压力、温度、着火时刻的变化规律,以及自由活塞运动特性,为该微动力装置的设计提供了理论依据．     

同结构活塞在FPE与CE两种工作模式下应力变形差异

为研究自由活塞发动机工作时活塞结构应力变形特点,采用有限元分析方法对比分析相同结构活塞在自由活塞发动机（free piston energy,FPE）与（crank engine,CE）两种工作模式下应力水平与变形状况差异性.结果表明,FPE活塞整体应力水平低于CE活塞,差异主要由机械载荷引起.上止点附近FPE缸内峰值压力较小,引起的活塞销座压应力被其较大的惯性力作用消减,导致该应力集中处应力值较低,约为CE活塞的72%.在热机载荷共同作用下两者活塞顶部变形相似,差异集中体现在裙部,FPE活塞所受缸压较小、加速度较大以及无侧向力的特点导致其裙部变形明显小于CE活塞,最大径向变形约为CE活塞的56%,更易满足各方面性能要求.      

内燃机增压与扩缸对活塞横向运动影响的数值分析

根据活塞动力学方程与平均雷诺方程建立分析模型,采用 Broyden法对模型求解.依据 6105 柴油机燃烧爆发压力提高38%和缸径从105 mm扩大到 110 mm的改进设计,分析活塞的横向运动特性.结果表明:进行上述改进设计后,活塞顶部横向偏移的幅值增加了 23%,活塞横向运动速度的峰值增加了 22%,增大了擦缸的可能性;活塞横向运动加速度的峰值增加了38%,加剧了活塞对气缸的冲击.这样的分析结果对完善内燃机产品设计具有有效的指导作用.     

基于Converge的柴油机起动过程喷雾撞壁仿真分析

柴油机起动过程中,转速、缸内背景压力及温度偏低会导致喷雾撞壁,影响燃油雾化效果。利用三维计算软件Converge,采用组合喷雾模型及B-G撞壁模型建立了燃油喷雾撞壁模型,并利用可视化定容弹喷雾撞壁试验系统验证了模型的准确性。基于建立的喷雾撞壁模型,研究分析了缸内背景压力、壁面干湿状况及壁面粗糙度对某型柴油机喷雾撞壁的影响规律,仿真结果表明：随着缸内背景压力下降,撞壁时刻提前,扩散距离增大,油膜产生时刻提前,油膜厚度增大;活塞顶壁面粗糙度增加,喷雾油束撞壁后扩散距离减小,附壁油膜厚度增大;当活塞顶壁面为湿壁时,喷雾油束撞壁后扩散距离增大,附壁油膜厚度下降。研究为燃烧室、喷油系统等优化设计提供了参考。     

柴油机纯氧燃烧过程及缸内喷水影响的模拟研究

针对高压共轨柴油机搭建流体动力学仿真模型,研究不同进气氧体积分数对柴油机纯氧燃烧过程的影响,并验证缸内喷水对热效率的优化能力。结果表明,氧含量的提高增加了缸内比热比,使压缩行程缸内压力及温度提高,并促进缸内燃烧反应,进一步提升缸内湍流强度,燃烧相位提前;在5℃A ATDC(上止点后)向缸内喷入160℃的高温高压水,可实现对缸内燃烧过程的控制,并通过吸收燃烧放热、汽化膨胀,推动活塞做功,可提高热效率约3.75%。     

内燃机的活塞设计

介绍了内燃机活塞设计的方法和原则。通过对温度场计算和温度应力、机械应力的计算以及二者叠加的综合应力的分析,解释了活塞设计中的关键问题,为内燃机的活塞设计提供了一种实用的设计方法。