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[硕士论文] 苏飚
机械工程;车辆工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:排放是发动机性能的重要指标,使用替代燃料是一种降低发动机排放的有效方式。多种替代燃料的混合使用,可以通过合理选择燃料和掺烧比例以及优化发动机喷油进气等参数,在发动机动力性损失不大的情况下,保证发动机的排放性能,且通常替代燃料的经济性高于传统燃料。
  因此,本文在调研分析多燃料发动机的研究背景、意义以及发展现状的基础上,研究了不同物态多种燃料确定最佳掺烧比例的理论与方法和最佳掺烧比例下多燃料发动机排放和性能,并分析最佳掺烧比例下多燃料发动机进气过程中进气道和缸内的速度场与湍动能场,具体工作如下:
  首先,根据原机主要结构参数,利用CATIA和ICEM软件分别建立了发动机几何模型和网格模型。根据均匀设计的思想,设计了15种不同工况的均匀实验,通过分配燃空比实现多燃料掺烧比例的分配,利用有限体积法和动网格技术,借助FLUENT对多燃料发动机进行数值模拟,得出15种不同工况下发动机扭矩值以及CO、NOx、HC、Soot排放值。
  其次,利用打分法确定了低转速中等负荷、中等转速中等负荷、高转速中等负荷三个工况下扭矩、CO、NOx、HC、Soot各项功能指标的权重。根据价值工程基本原理,计算出三种工况下成本系数和功能系数,得出价值系数,从而得到了三种工况下的最佳掺烧比例。采用这三种工况下各自的最佳掺烧比例,选取发动机负荷为50%,与原机的动力性与排放相比,扭矩略差于原机,但动力性损失不大,CO、NOx、HC、Soot排放均较原机有所改善,排放性能提高。
  最后,通过对进气过程中进气道和缸内的速度场与湍动能场的分析,得到了发动机进气过程中进气道和缸内的涡流变化。进气门杆两侧产生的两个流速较大的涡流和进气门杆下方形成的流速较小的涡流,对发动机缸内气体的混合和燃烧起着非常有利的作用。
[硕士论文] 洪锦
机械设计及理论 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:活塞环是内燃机的重要部件之一。随着社会发展,人们对活塞环性能提出了更高的要求。由于活塞环性能直接影响到整机的运行状态,国内外学者对活塞环的强度和热传导部分进行了深入研究。CAE技术已经在工业产品设计、研发过程中得到了广泛应用,文中便以此作为工具对活塞环进行有限元分析。
  为解决ANSYS软件操作界面不友好、分析过程繁琐,提高多种活塞环数值模拟的效率,文中以Java语言为开发平台,通过对ANSYS参数化设计语言APDL进行二次开发,制作相应有限元分析系统。该系统将每个活塞环的参数化建模、网格划分、边界条件的施加、模拟计算以及结果显示等过程封装在后台,用户无需进入软件操作界面就可以进行有限元分析。此外,编写的不同种类活塞环的热分析、强度分析命令流模板保存于模板库中,随着活塞环分析类型不同而调用不同模板以达到随调随用的目的。当环种类增加还可以通过扩充模板库而实现活塞环分析种类的扩展。
  文中首先阐述了活塞环强度、热传导及有限元分析理论,在保证分析结果可靠的基础上,运用APDL参数化设计语言,借助JAVA编程平台,制作了界面友好的活塞环强度与热传导分析系统。最后以某型号发动机活塞环强度分析为例,对比试验数据,验证了分析系统计算结果的可靠性,同时展示了系统友好的界面,简捷的操作,极大的提高了效率。
[硕士论文] 卜建
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:中国的再制造在近二十多年的发展过程中,取得了重大的突破和长足的进步,在节约资源能源和环境保护方面,做出了很大的贡献。本文针对当前内燃机主动再制造在时机决策方面遇到的难点,以及当前主动再制造设计多是从单一关键零件出发,未能兼顾多个零件的设计问题,重点研究了内燃机关键零部件主动再制造时机确定,关键零部件接触耦合模型建立与验证,具体的主动再制造时机调控方法等内容。
  首先,阐述了主动再制造理论在内燃机产品应用中的相关设计研究和存在的困难点,提出基于冗余强度值变化规律的关键零部件主动再制造时机确定方法。其次,提出关键零部件主动再制造时机调控方法,即通过分析关键零部件再制造状态,确定时机调控目标,对内燃机产品进行以功率为性能表征的特性分析,结合敏感度计算,构建功率与特征结构映射模型,对关键零部件进行以冗余强度为再制造性能表征的特性分析,构建了冗余强度值与特征结构映射模型,建立关键零部件接触耦合模型,确定耦合特征参数、关联特征参数和独立特征参数归属,并以整机功率作为优化目标,各关键零部件冗余强度和装配要求作为约束条件,建立时机调控函数,进行多个关键零部件的联合优化设计,使得内燃机产品和组成的各关键零部件之间趋于协调。最后,以某型号单缸柴油发动机为例,对以上研究和方法进行了验证。
  关键零部件经过主动再制造时机调控后,一方面实现各关键零部件之间,以及零件与产品之间的最优配合,为零件“提前再制造”和“滞后再制造”问题提供了新的解决途径,为再制造关于时机决策和方案选择方面提供了指导,另一方面,避免了单一零件优化对其余零件和产品所造成的负面影响。
[硕士论文] 徐瑞根
动力工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:柴油机氧化转化器(Diesel Oxidation Converter,DOC)和催化型颗粒捕集器(Catalytic Diesel Particular Filter,CDPF)可以有效处理柴油机排放的颗粒物,但如何优化工作效率,降低使用成本,提升能量、空间利用程度以及系统耐久性,成为亟待解决的问题。
  本文提出了“热管理+缸内后喷+催化再生”的CDPF主动再生方法,设计了再生过程控制策略,运用AVL FIRE软件研究了DOC、CDPF的工作温度、压降变化、转化效率及温度梯度等问题,并搭建发动机试验台架,对高怠速再生过程进行研究。
  研究结果表明:DOC入口温度从200℃至300℃,HC转化效率不断升高,到280℃时HC转化效率升至95.41%;CDPF的过滤体在再生开始和中止的过程中温度梯度较高,且随着碳载量的增加,温度梯度升高,为了提高燃油经济性和过滤体材料的耐久性,要将碳载量和再生时间间隔控制在一定范围内,本文将CDPF碳载量设置为3g/L;通过进气节流等热管理方式及缸内后喷(Post Injection,PI)可以提升尾气排放温度至DOC工作温度,通过缸内次后喷(Late Post Injection,LPI)可以将CDPF的入口温度稳定控制在设定的再生温度;在高怠速再生试验中,随着再生时间、温度的增加,再生效率不断上升,在500℃、20min条件下,颗粒物再生效率达到98%,载体内部温度较为稳定,峰值约为560℃,出口温度稳定在约480℃,满足应用要求;测量尾气在200~450℃范围内、不同位置的NOx浓度,得出DOC和CDPF从300℃开始可以将部分NO转化成NO2,NO2的比例随着温度的升高不断上升,有利于CDPF和SCR中催化反应的进行。
[硕士论文] 路静波
机械工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:针对发动机生产车间的数据采集不及时、采集的数据无法得到充分利用、纸质文件过多、异常问题处理不及时、员工推脱责任、绩效考核标准模糊等问题,本文提出基于任务驱动的发动机生产车间制造执行系统。
  首先,本文根据发动机生产车间的生产特点和存在的问题,构建了基于任务驱动的发动机生产车间制造执行系统的系统架构、体系结构、功能结构和运行模式。其次,对生产过程中产生的数据进行分类,并构建了一个包括作业信息、质检信息、人员信息、设备信息、物料信息、异常信息的六维度发动机生产车间生产任务流的全过程信息模型,根据全过程信息模型将车间任务划分为拉料任务、三坐标送检任务、返修/报废任务、质检任务、订单超期任务、设备故障任务、设备点检任务、设备维护保养任务、质量异常任务等九种任务类型。然后,本文建立了一种基于时间资源规划的任务流管控流程,并针对不同的任务类型设计各自的任务流程。
  最后,基于以上研究结果,参与设计和开发了一套基于任务驱动的制造执行系统,并在某汽车公司发动机车间进行了实施和应用,并取得了很好的实际的应用效果。
[硕士论文] 刘文宪
动力机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:缸内直喷汽油机具有极其优异的经济性、动力性、低排放,但实现方式带来了工况的复杂。为了实现缸内直喷汽油机的在变工况下的轨压控制,就必须依赖电控单元(ECU)应用层控制软件的设计。因此,轨压系统的控制策略是实现工况切换、实现低压燃油喷雾的良好雾化性与高压情况下防止超压的重点。轨压系统是一个具有强扰动的非线性动态系统,而缸内直喷汽油机的共轨压力的波动会影响喷油器喷油特性的改变,导致实际喷油量与期望喷油量直接的偏差,加大了轨压控制的复杂性。因此轨压系统的控制算法设计是消除轨压偏差实现轨压控制的良好跟随性的重点。
  本课题研究设计缸内直喷汽油机的轨压控制策略和算法,并构建面向控制的缸内直喷汽油机共轨系统数学模型作为验证控制策略与算法的对象,利用MATLAB/Simulink软件建立与轨压控制相关的模型,利用试验数据对缸内直喷汽油机共轨系统的数学模型与控制策略进行验证。主要内容如下:
  (1)轨压控制策略及算法设计。为了防止发动机变工况情况下对于轨压的影响,设计的轨压控制策略部分实现了不同工况下不同燃烧模式和轨压设定值Map的选择,得到当前工况下的轨压设定值;而针对轨压控制中实际轨压与轨压设定值产生的偏差,设计了PI控制算法计算轨压调整量;针对轨压系统在仿真过程中产生的静态偏移,采用轨压前馈控制算法计算了泵油补偿角以抵消静态偏移量。
  (2)共轨系统数学模型建模。根据燃油压力的产生与传递的物理过程和共轨管的储油特性,高压电磁阀-高压油泵-共轨管-喷油器的燃油流量和压强关系,建立面向控制的缸内直喷汽油机轨压系统数学模型。在保证轨压数学模型合理准确地基础上,对于影响轨压较小的部分进行合理的简化。
  (3)轨压模型与策略的仿真验证。比较分析怠速、稳态、加减速和加减负载工况下的仿真轨压、目标轨压与实际轨压偏差,验证了所设计的轨压控制策略与算法在怠速和稳态工况下的准确性与稳定性,以及轨压阶跃的响应性、跟随性。
[硕士论文] 查小辉
动力工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:汽车行业完成了向小型化增压直喷发动机的重大转变,但性能进一步提升受到爆震的限制。一些研究人员已经提倡添加乙醇作为替代燃料,与传统汽油相比,它具有更高的辛烷值、更快的火焰传播速度以及更大的汽化潜热值。当前采用的E10或E85无法在全部工况最大化的利用乙醇的优点,本文为了充分利用乙醇燃料的优势,采用EDI+GPI双喷射的新技术,结合直接喷射和进气道喷射(EDI+GPI:ethanol direct injection plus gasoline port injection)的燃料喷雾特性的优点,并且可以根据发动机工况在线调节乙醇汽油的混合比例,以便改善发动机的压缩比使得发动机性能得到优化。本文研究目标是采用实验结合数值模拟的方法来研究乙醇的物理性质和热力学条件是如何影响EDI+GPI发动机的爆震。
  首先,实验研究了提高乙醇能量占比(EER:ethanol energy ratio)对改善EDI+GPI发动机爆震性能的潜力。在三个测试负荷下,22%和26%之间的EER足以使燃烧相位保持在最佳而没有爆震。
  其次,采用数值模拟研究了EDI+GPI双喷射的喷雾特性,并进一步分析了乙醇的物理因素对EDI+GPI发动机的爆震影响。模拟结果表明,进气在缸内形成的涡流严重影响着GPI和EDI喷雾过程的发展,它增强了燃料和气体之间的传热和传质过程。EER23增加到EER80,相对GPI缸内平均温度下降了5K到20K之间,乙醇的冷却效应显著。EER0至EER31.7之间,燃烧火焰传播速度加快,EER再增加,燃烧室内乙醇冷却效应作用,燃油蒸发变差,壁面效应加剧,燃烧效果反而变差。
  最后,利用数值模拟分析了热力学条件对EDI+GPI发动机的爆震影响。模拟结果显示,温度对爆震形成的影响小于压力,而主要取决于能量密度。随着EER的增加,点火提前角的增加需要控制在合适的范围才能更好的优化燃烧过程。在EER31.7工况下,点火正时在28CAD BTDC的燃烧过程明显优于30CAD BTDC.
[硕士论文] 张建国
动力工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:发动机台架试验是厂商在开发过程中检测发动机性能和耐久性是否满足需求最为直接有效的方式,同时台架试验也可以为之后产品的改进提供思路。因此,发动机台架测试是发动机开发流程中最为重要的环节。
  由于实验室硬件条件的限制,目前国内厂商所进行的发动机台架试验中发动机动力附件处于空载状态。发动机在台架试验的运行环境与整车实际使用环境相差较大,这造成了发动机台架试验数据无法真实反映发动机的性能,发动机在实际运行中的可靠性也无法在台架试验中表现。为了在发动机进行性能和耐久性台架试验时可以更真实的反映发动机的运行状态,本论文设计了一种发动机动力附件载荷分布式加载系统,可以在台架试验中施加不同的动力附件载荷来模拟整车上的运行工况,以强化发动机与前端轮系载荷的性能考核。主要内容包括:
  1.载荷控制系统总体结构设计。根据台架试验要求,设计了以上位机为核心的模块化控制系统,并且根据设计方案选择合适控制和测量方式,完成传感器和执行器选型。
  2.测控单元硬件系统设计。基于飞思卡尔微处理器设计测控系统电控单元,基于Codewarrior编写了测控单元的控制程序采用任务调度机制,为每一个任务设置标志位,在主控制函数中调用相关控制函数对负载系统进行控制。
  3.测控系统后台管理软件设计。基于Visual Studio编译环境开发了后台管理软件,通过与各控制单元的通信,配合发动机台架测控系统实现动力附件的加载控制。主要功能模块有参数设置、串行通信、数据存储、试验状态显示、实时监测以及故障报警功能。此外,在后台软件内加入可编程电子负载控制模块用于发电机负载模块控制。
  4.调试与试验。在完成系统机械和测控系统设计后,进行了测控系统上位机与分布式负载单元调试。完成调试后进行发动机动力附件的手动独立加载和循环综合加载两种试验。
[硕士论文] 王秦燕
动力机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:面对能源危机和环境污染两大世纪难题以及越来越严格的排放法规,对缸内常规燃烧技术的研究已经不能满足广大研究学者的需求,国际上发动机燃烧过程的组织结构正在发生革命性的变革,发动机燃烧技术正向高密度、高稀释和超高压等极端条件方向发展。本文以一台缸内直喷汽油机为原型建立了天然气发动机模型,通过仿真计算分析,研究了高密度高稀气条件下各点火参数对天然气燃烧和排放的影响规律,优化极端条件下点火系统,以实现高效稳定燃烧,达到高动力性、高经济性和低排放、低排气温度的目标。
  首先,利用样机的实验数据对燃烧模型进行有效性验证;其次,研究了不同点火方式、双火花塞位置、点火正时、点火能量对高密度高稀气条件下天然气发动机燃烧排放影响。结果表明:采用双火花塞点火与单花塞点火相比,可以缩短火焰传播距离,提高火焰传播速率,提高发动机的热效率,但是需要配合合适的点火正时,以达到更好的效果。在研究双火花塞位置的影响时发现当A=2/3时,燃烧速度最快,燃烧持续期最短。双火花塞距离过小或过大,都会降低发动机的燃烧速度,增加燃烧持续期,导致经济性变差,污染物排放增多。在不同的工况下,均存在最佳点火正时,其中当量比为0.6时,最佳点火正时为695℃A,当量比为0.55时,最佳点火正时为685℃A,研究表明通过优化点火正时可以弥补高稀气条件下造成的动力性不足。最后,对点火能量研究表明,增大点火能量可以促进火核生成,缩短火焰发展期,但点火能量增加到一定值后,继续增大点火能量,对发动机性能的改善不大。在高密度高稀气条件下当量比为0.6时,最小点火能量为45mJ,当量比为0.55时,最小点火能量为35mJ。因此通过优化点火系统,可以实现在高稀气条件下已更低的点火能量实现更高效的燃烧。
[硕士论文] 朱保宇
动力工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:热声发动机可以将热能转换成高振幅声波,这种声波可以应用于发电、制冷除尘等领域。世界各国对热声技术的关注度越来越高,原因在于这种技术几乎零排放,成本低,可靠性高,且热声发动机的振荡气流可以直接驱动脉管制冷机,从而实现无运动部件的冷却系统。
  驻波热声发动机由于结构简单,体积较小,制造成本低,受到人们的青睐。本文从热声理论、模拟和性能实验方面开展了对驻波热声发动机的研究工作,主要针对目前主流的两种驻波热声系统,即开口式和对称式驻波热声发动机进行研究。主要工作由以下几部分组成:
  分析和介绍了热声热机和热声学基础理论,从热声连续性、动量和能流方程的角度,探讨了线性热声理论,推导出驻波热声系统模拟仿真的基本数值方程。
  通过自行设计的驻波热声系统性能试验以及DeltaEC仿真模拟相结合的方式,研究了板叠结构参数(间距、板厚、位置、长度)和谐振管长度对开口驻波热声系统性能的影响。结果表明:适当增加板叠长度和板叠内部的孔隙率,可有效改善板叠内部工质气体的换热,提高系统的性能。
  在对开口驻波系统研究之后,利用现有的实验和仿真模拟条件,对对称式驻波系统也进行了研究,探讨了运行参数和结构参数对发动机性能的影响。结果表明:热声系统的压力振幅随着谐振管长度、工质气体密度和充气压力的增加而加大;热声系统的起振温差与操作参数有关,且随着谐振管长度的增加而减小。
[硕士论文] 李照远
动力工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着汽油机的功率密度不断强化,增压直喷汽油机在低速、高负荷工况下出现了一种新的爆震模式——超级爆震,可瞬间破坏发动机。近年来,大量的研究结果表明润滑油是超级爆震发生的重要诱发源之一。本文对铝合金和石英玻璃两种材料上的润滑油膜以及不同混合比例的润滑油/汽油油膜的蒸发特性与传热机理进行试验研究,并结合相关的传热机理建立了油膜的质量损失速率的预测模型。
  本文设计了一个热辐射油膜蒸发实验台,利用相关仪器设备分别测量了润滑油膜和混合油膜在不同辐射强度、油膜厚度、依附材料下的质量、温度、热辐射等数据,通过分析发现:
  1、热辐射条件下润滑油膜的蒸发过程分为缓慢蒸发阶段、急速蒸发阶段和蒸发凝胶阶段,在稳定蒸发阶段,油膜的质量损失速率几乎保持恒定,且在该阶段的油膜质量损失速率(m)"与油膜表面接收到的净热流密度qnet、油膜厚度δ呈正比例关系,与试验板的导热系数λ呈反比例关系,并且(m)"与qnetδ/λ呈线性关系。
  2、研究了润滑油/汽油油膜蒸发特性的热传递机理,混合油膜的蒸发过程分为三个阶段:瞬态加热阶段,平衡蒸发阶段,蒸发凝胶阶段。在初始阶段,混合油膜的质量损失速率(M)1"与掺混比例α呈正比例关系,并得出(M)1"与eαQallδ/λ存在正比例的线性拟合关系;混合油膜在平衡蒸发阶段的试验特性与润滑油膜类似,但该阶段的质量损失速率(M)2"随着掺混汽油比例的增加而降低,结合相关理论以及数据分析,得出(M)2"与(1-α)Qnetδ/λ存在线性耦合关系,且该阶段的净热流量对拟合关系存在重要的影响。
[硕士论文] 龚震
动力机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:增压直喷汽油机的超级爆震现象是热点自燃和未燃混合气爆轰引发的,实现扫气可降低缸内热负荷、清除爆震诱发源,从而抑制超级爆震。论文就不同发动机结构和DVVT策略对扫气的影响进行了仿真分析,并就DVVT对燃烧的影响进行了试验研究。结果表明:位于气缸中心且较浅的活塞凹坑,进、排气门阀座倒角为45°,可加强扫气气流,较少的新鲜充量直接流入排气道,扫气得到优化喷油器和火花塞容积很小,对扫气影响非常小。IVO对扫气的影响远大于EVC;气门叠开角越大并且越早出现,越利于实现高效扫气;将最优的结构和DVVT策略结合,扫气效率和清除颗粒物比例分别可达99.5%和61.7%,最少的高温废气和颗粒物进入下一循环燃烧,超爆发生的可能性最低。IVO对燃烧的影响远大于EVC,随着IVO提前,进气压力和喷油量增加,点火时刻和燃烧相位推迟,功率、燃烧压力、油耗率、燃烧持续期长短和排温增加。在较早的两种IVO时刻下,随着EVC推迟,进气压力、喷油量、功率、油耗率、燃烧压力和排温均增加,燃烧持续期缩短;在较晚的三种IVO时刻下,随着EVC推迟,燃烧特性基本不变。IVO对扫气和燃烧起到了决定作用,扫气优劣是决定燃烧的一个关键因素。组织高效扫气能够抑制超爆并提升动力性,因此扫气对改善汽油机性能意义重大。
[硕士论文] 张梦圆
动力机械及工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:当前传统内燃机正朝着更高压力、低火焰温度和稀薄燃烧等方向发展。作为第四种物质聚集状态,等离子体可与燃料分子碰撞,产生高温和催化效果以加速燃料氧化,有效缩短点火延迟时间,提高火焰传播速度,从而实现强化点火和助燃的目的。本文通过数值模拟平台对等离子体对甲烷/空气点火和燃烧特性的影响进行研究,主要研究内容和结论如下:
  首先,利用开源CFD软件OpenFOAM,根据需求进行子模块自主编程,从软件理论基础、组成和应用等方面进行介绍,建立对冲层流预混模型并分析燃烧过程。结果显示:等离子体分布与甲烷燃烧过程关系密切,促进点火和助燃。
  其次,以详细的化学反应机理GRI-MECH3.0为基础,利用化学反应动力学软件CHEMKIN探究等离子体种类和浓度变化对甲烷燃烧过程中的点火延迟、燃烧特性和放热率变化的影响规律。结果表明:等离子体的加入有助于缩短点火延迟时间、提高缸内最高压力和温度,并且O自由基的作用效果优于H。通过比较浓度分别为0.5%、1%和1.5%的自由基O对甲烷燃烧特性的影响,表明增大O浓度可以使缸内燃烧温度和压力升高,促进燃烧反应进程,但O浓度过大对点火助燃效果提升不明显。自由基的加入会使着火时刻提前,各分区之间的放热间隔减小,放热过程更加集中。
  最后,在上述燃烧机理的基础上,耦合天然气与臭氧(O3)反应机理并作适当简化,探究了微量添加剂O3对天然气HCCI发动机燃烧特性的影响,并在一定臭氧浓度条件下研究进气压力、压缩比等初始参数变化对燃烧特性和排放特性的影响规律。研究表明:加入臭氧可明显改善发动机燃烧特性,缩短点火延迟时间并提高温度和压力峰值。在O3浓度为40ppm条件下,提高进气温度、进气压力和增大压缩比均可使着火时刻提前,但当量比升高会推迟着火时刻。此外,增大臭氧浓度和提高进气温度会使NOx生成量大幅上升。
[硕士论文] 齐景晶
动力工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:能源危机和环境问题使节能环保成为内燃机发展的主题。缸内直喷技术(GDI)配合可变气门正时技术(VVT)和废气涡轮增压技术是被认为最有前景的技术,可以实现汽油机的高效清洁燃烧。
  本文基于某配有DVVT的1.5T缸内直喷汽油机,利用试验台架和三维数值模拟方法,研究了在气门开启持续期不变的情况下,该发动机在2000r/min时,不同进排气VVT策略对发动机缸内流场、燃油雾化、燃烧过程和排放的影响。
  在发动机台架上以原机气门正时为零点。调节进、排气VVT,以最佳燃油消耗率为目标。结果表明,当将原机的进气门正时推迟时,发动机的燃油消耗率先减小,后增大,但是均要小于原机,同时扭矩也下降。当将排气门正时正时改变时,提前开启排气门可以使得发动机油耗降低,但功率也会随之下降;延迟开启排气门会使发动机的油耗恶化,而扭矩并无明显改善。
  在CFD软件中,独立调节进气门1或者排气门1的正时,使两个进气门(或排气门)的正时不同步,实现非同步气门正时。结果表明,采用非同步排气门止时时,缸内的流场与原机均不同。湍流动能均呈现“三峰”变化,而且缸内的平均湍流动能均大于原机的(排气门1提前20℃A开启时变化最大),缸内的气体的平均流速均大于原机,并使得燃油蒸发加快,在上止点时缸内的混合气更加均匀,但会使得缸内的残余废气质量增大。综合考虑排放和爆压,排气门1提前20℃A开启有很大的动力和排放优势。
  将进气门1的正时延迟或者提前后,非同步进气门正时下缸内流场的变化更加复杂。在进气行程,非同步进气门正时下缸内的平均湍流动能均略大于原机的。但是在压缩行程进气门1延迟20℃A开启使缸内湍流动能小于原机。非同步进气门正时下的滚流比要略大于原机的,且在进气行程时,滚流比峰值出现的位置要略早于原机。进气门1延迟20℃A开启也使燃油蒸发率要小于原机。非同步进气门正时下缸内的残余废气质量与原机相差不多,但是其燃烧速率会明显小于原机。在排放方面,进气门1提前20℃A开启使NOx排放优于原机,CO排放较原机差;而进气门1延迟20℃A开启时的排放则与之相反。
[硕士论文] 郝飞飞
动力工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:活塞是内燃机中的主要零件之一,活塞裙在内燃机运行过程中通过与气缸壁接触引导活塞在气缸内做往复运动,并承受气缸壁给它的侧推力,活塞自身还有一定的摆动。活塞裙-缸套摩擦副的润滑对活塞和缸套的摩擦磨损有很大影响。在内燃机运行过程中,活塞变形会对活塞二阶运动和裙部润滑性能产生一定的影响。目前研究中,活塞裙-缸套摩擦副间的润滑状态一般假设为充分润滑状态,而不是根据该摩擦副间的实际润滑状态来进行润滑分析计算,导致分析结果与实际情况有一定差异。本文以某内燃机活塞裙-缸套摩擦副为研究对象,开展计及活塞变形的活塞二阶运动和活塞裙部润滑分析与同时计及润滑油输送状况和活塞变形影响下的活塞二阶运动和裙部润滑分析。
  利用三维有限元软件分析计算,得到了活塞裙部表面弹性变形计算的柔度矩阵,通过柔度矩阵计算油膜压力作用下的活塞裙部表面变形,同时计算了热载荷作用下的活塞变形与不同曲轴转角时燃气压力作用下的活塞弹性变形。
  结合活塞二阶运动模型和流体润滑模型,计及活塞变形影响下,进行了活塞二阶运动特性和活塞裙部润滑性能的对比分析;在计入润滑油输送状况影响下的活塞裙部润滑分析模型中,对比分析了不计活塞变形影响和计入活塞变形影响下的活塞二阶运动规律和活塞裙部润滑性能。
  结果表明,活塞变形引起活塞裙部外轮廓的改变,导致活塞裙-缸套摩擦副间的润滑油膜厚度发生变化;计入活塞变形影响时,活塞裙部的摩擦损耗有所降低;计及润滑油输送状况影响时,活塞变形对活塞裙部润滑性能和活塞二阶运动的影响较小;同时计及活塞变形和润滑油输送状况影响下,活塞二阶运动和活塞裙部润滑性能发生明显改变。
[硕士论文] 姜超
动力工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着全球范围内环保意识的逐渐加强,发动机的排放标准也在不断趋严。现阶段中国柴油机降低排放的主要手段之一是选择性催化还原(Selective Catalytic Reduction)技术,混合器是SCR系统中重要的组成部分,因此研究SCR系统中的混合器对于降低柴油发动机的排放水平有重要的理论价值和现实意义。
  本文首先从理论方法出发,介绍了SCR系统的构成以及工作原理,结合SCR系统现阶段国内外的研究情况,阐述了影响系统催化效率的因素;之后使用三维软件Catia设计了装载不同叶片型式混合器的SCR系统,在相同的工况下分别对排气管段内不同形状的混合器进行CFD仿真模拟,并从流场和压力场两个角度选择出性能较优的混合器进行后续试验研究;在试验过程中,对柴油机氧化催化转化器(Diesel Oxidation Catalyst)的工作特性进行了研究以及对整体系统的排放效果进行了探索,并通过与混合器的仿真模拟的压降结果进行比对确保试验与仿真模拟结果的一致性,最后利用ESC、ETC以及WHTC三种不同形式的排放试验验证了加装混合器后系统的工作性能以及实用性。最终得到以下结论:在试验过程中发现,当温度升高至220℃时,DOC系统出口温度开始大于发动机排气温度,且在该温度下DOC系统能够有效发挥其转化作用并保证SCR系统高效工作;在加装DOC+DPF+SCR系统后,发动机尾气排放水平较原机排放水平有了很大的提升,明显的降低了THC、CO、PM、NOx等污染物的排放水平,此时,SCR系统效率较加装混合器前提高了5.5%-8.0%。
[硕士论文] 侯岩舒
动力工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:本课题研究的是MAN公司L27/38柴油机气缸盖加工工艺的开发以及为了满足生产需求而对工艺进行的优化。
  气缸盖是柴油机重要的零部件,本文简单介绍了柴油发动机气缸盖的作用,指出了柴油机气缸盖机械加工方面的典型特点,并根据现阶段数控加工的发展趋势对L27/38气缸盖工艺设计制定了基本原则。在基本原则的指导下对气缸盖的加工工艺进行了分析。
  本文通过对公司当前MAN机加工车间设备及生产状况的分析,对公司L27/38系列柴油机气缸盖生产线的建立进行了研究。并对加工过程中使用的数控程序的编写进行了规范。
  经过充分的理论分析之后,本文根据潍柴重机大机工厂加工车间现有设备特点,确定了具体的L27/38气缸盖加工工艺方案,对使用的刀具、工装夹具进行了选型和设计。文中还针对数控程序的编写给出了规范,为将来新产品的研制奠定了良好的基础。
  本课题解决了在L27/38气缸盖首件试切的过程遇到的一系列的问题,并在本文中对相对重要的问题进行了描述、分析:划线支撑问题、铣上平面颤动问题、铣上平面飞边问题、车喷油器小头孔崩刀问题、铣四周面工装转动问题、细长枪钻入孔难问题、钻冷铁崩刃问题、排气阀座精加工问题、铣螺栓平面刀纹问题、工装与工件干涉问题、摇臂轴孔角度测量问题、吊装方法改进、精铣上平面刀具改进、完工后导管孔生锈问题、镗车阀座铁削进入水腔问题、导管难以装入缸盖问题。
  本课题在首件试切之后,对L27/38气缸盖小批量样式生产过程的难点进行了分析:阀座孔跳动超差问题、摇臂轴孔同轴度超差问题、喷油器孔同轴度超差问题、导管安装后缩孔问题、导管安装后内孔修直问题。
  本课题在小批量生产的基础上,通过对切削参数的优化、数控立车工艺的优化、卧式加工中心工艺等的优化,对L27/38气缸盖进行了进一步的工艺优化。最终达到了150台/年的设计产能。
[博士论文] 李孟涵
动力工程及工程热物理 山东大学 2017(学位年度)
摘要:研究天然气发动机新型燃烧技术,提高其热效率并降低排放一直是行业内研究的重点。缸内高压直喷具有高效率和低排放的双重优势,被视为最先进的天然气发动机燃烧技术之一。因此,对高压直喷天然气发动机的研究受到越来越多的关注。高压直喷天然气发动机以天然气为主燃料、柴油为引燃燃料,燃烧过程中涉及两种燃料喷束的混合问题和化学反应机理,其喷射参数的控制和优化方式的选择与传统柴油机、天然气发动机均有所不同,针对该技术的研究十分有限。因此,研究高压直喷天然气发动机喷射策略对燃烧过程及排放的影响、燃烧噪声的来源和控制方法以及化学动力学机理的构建具有重要的理论价值。
  本文以高压直喷天然气发动机为研究对象,通过试验测试、信号分析和数值模拟相结合的方法,从理论上分析了喷射参数对发动机燃烧过程、排放、经济性和燃烧噪声的影响,建立了表征燃料化学动力学机理和发动机三维仿真模型,并应用所建立的模型对发动机燃烧和排放的优化策略进行了探索,主要研究工作及取得的成果如下:
  1.搭建了高压直喷天然气发动机试验台架,并采用控制变量法研究了不同喷射参数对发动机燃烧、排放和经济性的影响。试验结果表明:对于高压直喷天然气发动机,增大天然气喷射提前角、提高喷射压力、减小柴油天然气喷射间隔和减小柴油喷射脉宽均有利于发动机燃烧相位的提前和经济性的改善;NOx的主要控制措旋为推迟天然气喷射、降低喷射压力、增大柴油天然气喷射间隔及增加柴油喷射脉宽;HC的主要控制措施为将较小天然气喷射提前角和较高喷射压力搭配使用及增加柴油喷射脉宽;CO和碳烟的主要控制措施为采取较小的天然气喷射提前角并搭配较低的喷射压力,减小柴油天然气喷射间隔及缩短柴油喷射脉宽。
  2.采用压力分解、傅里叶变换和维格纳威尔分布等方法提取并分析了缸内压力信号的信息,得到燃烧压力一阶、二阶压力升高率曲线,燃烧压力和燃烧压力震荡压力级曲线及燃烧压力震荡时频能量谱分布图,并根据数据分析结果对发动机噪声的大小进行预测和衡量。分析结果表明:高压直喷天然气发动机的燃烧噪声主要来自于主燃料天然气的燃烧,燃烧压力一阶压力升高率对燃烧噪声的影响大于燃烧压力震荡能量。降低燃烧噪声的有效措施包括推迟天然气喷射、降低喷射压力、适当增加柴油天然气喷射间隔以及增大柴油喷射脉宽。
  3.基于DRGEP和反应路径分析等机理简化和构建方法,采用从小分子到大分子的阶级式机理搭建方式,构建了一个新的正庚烷/甲苯/甲烷/PAH化学动力学机理。并将此机理与12步NOx机理耦合,开发出包含84种组分和336个反应步的适用于高压直喷天然气发动机燃烧和排放高效仿真的集成机理。该机理可较为准确预测每种表征燃料的滞燃期、层流火焰速度以及表征燃料火焰中关键组分浓度特别是碳烟前驱物浓度等关键参数。
  4.将所构建的正庚烷/甲苯/甲烷/PAH化学动力学机理与RANS湍流模型、修正的KH-RT喷雾模型、现象学碳烟模型耦合,建立了高压直喷天然气发动机的三维工作过程仿真模型。通过对不同喷射压力下模拟结果与试验结果的对比可知,三维工作过程模型对高压直喷天然气发动机的缸压、NOx、CO以及碳烟的仿真精度高,表明其对燃烧和排放的预测结果均较为可靠。
  5.基于所建立的高压直喷天然气发动机三维工作过程仿真模型的数值研究结果、零维反应敏感性分析及一维层流火焰反应生成率分析,对天然气掺氢、天然气主-后喷喷射策略以及EGR率对高压直喷天然气发动机燃烧及排放的影响进行了数值研究。研究结果表明:OH和H活性自由基的浓度变化可以用来指示燃烧进程,HO2自由基可以作为柴油着火趋势的指示物,HO2自由基的浓度大小可以用来指示同一燃烧过程中放热的快慢;天然气掺氢可以实现CO、碳烟排放的降低和指示热效率的升高,但会导致NOx排放的恶化;采用合适的天然气主-后喷喷射间隔可以在一定程度上改善发动机的指示热效率,但过大的天然气主-后喷喷射间隔会造成发动机指示热效率的降低;对于本文中的试验发动机,将大于14℃A的天然气主-后喷喷射间隔与大于10%的天然气后喷比例相结合可以达到较好的碳烟和CO减排效果,但是随着天然气后喷比例的增加,NOx排放逐步增加;EGR的主要作用在于NOx排放的控制,20%以下的EGR率并不会导致指示热效率的降低,但会导致CO和碳烟排放的升高;将EGR与天然气主-后喷喷射策略配合使用,可以实现指示热效率以及NOx、CO和碳烟排放的兼顾。
[硕士论文] 赵凯华
动力工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:随着中国经济的发展,中国成为全球汽车年产量和销售量第一的国家,多年积累的庞大的汽车保有量,使得城市机动车的排放成为大气的主要污染源,汽油机和柴油机的排放控制已成为政府、汽车厂及其供应商迫在眉睫、刻不容缓的责任,关系到社会和民生的重大问题。
  本文以潍柴动力股份有限公司最新开发的满足特京V排放法规的WP12柴油机SCR后处理系统为例,系统介绍了动态振动的测试全过程。根据不同搭配组合的测试方案以及现场数据采集和信号处理比较,分析了两种设计方案存在的优劣和优化改进建议;测试完成后,对测试结果进行数值分析和数值统计,基于积累的后处理开发经验,制取了通用的简谐弯曲振动载荷谱和加速度PSD功率谱;同时,利用所制取的载荷谱在特京V变型产品进行了台架耐久测试验证。该产品通过台架验证后,投放到市场上进行整车道路验证,验证期间未接到有可靠性失效方面的反馈,进一步验证了本次道路谱对产品开发考核的有效性和可靠性。
  本文介绍的测试方案、数据采集、统计分析、载荷谱制取和测试验证的具体方法和技术,能够对汽车零部件特别是重型卡车后处理系统的振动耐久分析和测试提供专业指导,为企业和汽车行业进行机械开发提供依据。
[硕士论文] 周小龙
动力工程 合肥工业大学 2017(学位年度)
摘要:随着市场竞争日益加剧和用户对汽车质量及其使用性能期望值的不断提高,对于车用发动机性能综合测试和可靠性测试的要求也越来越严格。但是,随着发动机电控系统功能的不断提升,传感器和执行器的数量也在不断增加,这必然会导致与电子部件相关的故障增加。因此,需要有一套用于监控发动机电控系统工作状态的监控系统,能够及时发现和准确判断发动机故障及其类型并报警提示。为此,开发了一套发动机监控系统,通过诊断接口读取ECU中的数据,显示各传感器和执行器的工作参数。研究的主要内容和得出的结果如下:
  1.通信协议解析与诊断原则设计。根据发动机ECU的通信协议,以OBD系统为基础,选则通过CAN(Controller Area Network)总线系统或K线系统读取ECU发送报文。判断传感器和执行器状态,制定故障检测诊断原则和报警提示方法。
  2.监控系统总体设计和硬件选型。根据系统的需求分析,确定功能目标、硬件配置与软件任务,按照模块化原则进行总体结构设计。并选择合适的硬件实现电路。
  3.监控系统软件设计。按照模块化设计思想,采用Visual Basic6.0开发环境进行后台管理软件开发。实现了对数据的接收、显示、处理和保存。若监控到发动机存在故障,则进行故障显示并报警提示。
  4.进行试验验证。利用已有的设备条件,搭建试验检测平台。分别对监控系统进行了模拟ECU试验验证和实车测试试验验证。试验结果表明了系统的可行性。
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