高压共轨柴油机活塞组动力学特性研究

发布时间：2017-09-03 21:14

  本文关键词：高压共轨柴油机活塞组动力学特性研究

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【摘要】：近年来,随着内燃机技术的发展,发动机强化的程度越来越高,在动力性提升的同时,对经济性和排放也提出了更高的要求。活塞组作为发动机的核心零部件,面临着高强化所带来的更加苛刻的工作环境,其性能的优劣直接影响发动机的动力性、经济性和排放特性。研究活塞组动力学特性,可为改善和优化活塞组结构设计提供理论指导。以某四缸高压共轨柴油机活塞组件为研究对象,建立了活塞组动力学模型,采用硬度塞与热电偶试验方法对模型所需的活塞与缸套的温度场边界条件进行测量,并将仿真模型的计算结果与试验结果标定,为后续仿真提供基础。重点研究了活塞结构参数包括活塞裙部结构、配缸间隙、销孔偏心等对活塞二阶运动、润滑特性、摩擦损失的影响；分析了不同活塞环结构下,缸内的机油消耗、环组摩擦损失以及对窜气量的影响规律。主要研究结果表明：(1)当试验用柴油机在额定工况工作时,活塞最高工作温度达到了360.2℃,位于喉口位置,最低温度为156.3℃,平均温度为258.3℃；缸套的测量最高温度达178.3℃,最低温度为91.3℃。(2)活塞结构对活塞在缸内运动影响很大。活塞裙部中凸点从10mm处上移5mmm可使最大倾斜角降低48.1%,摩擦损失功增大84.2%。减小活塞裙部的椭圆度有利于降低敲击动能,但过大的接触面积会使得摩擦损耗增加,在原机的基础上椭圆度减小0.2mmm摩擦损失增大26.6%。活塞销孔的偏置,无论是偏向主推力面或是次推力面均可降低敲击噪声,但偏向次推力面会增大摩擦损失。增大配缸间隙会导致活塞二阶运动幅值与敲击动能增大,但可以降低摩擦损失,在原机的基础上增大0.02mm,摩擦损失降低了25.8%。(3)环组结构极大的影响发动机的窜气量与机油耗。活塞第二环岸间隙从0.15mm增大到0.95mm,漏气量大幅增加,增大了62.9%。三道环的闭口间隙中,顶环与二环的闭口间隙对漏气量的影响较大,顶环的开口间隙从0.45mmm增大到0.65mm,窜气量增加了35.2%,从开口处的窜油同时也增加。环槽的背隙与侧隙对窜气量影响较小。增大活塞环的径向弹力有利于降低窜气量,但会增大环组的摩擦损失。
【关键词】：柴油机 活塞组 动力学特性 润滑油消耗 漏气量 摩擦磨损
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK423
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 活塞组动力学研究的背景及意义12-13
• 1.2 活塞组动力学研究的国内外研究现状13-19
• 1.2.1 活塞动力学研究现状13-15
• 1.2.2 活塞环动力学研究现状15-16
• 1.2.3 活塞环组润滑油消耗与窜气量的研究现状16-19
• 1.3 本课题研究的技术路线及主要内容19-22
• 第二章 活塞组动力学及润滑相关理论22-44
• 2.1 活塞二阶运动22-23
• 2.2 活塞环动力学23-25
• 2.2.1 活塞环轴向运动24-25
• 2.2.2 环的径向运动25
• 2.2.3 环的扭曲25
• 2.3 环组中气体运动模型25-29
• 2.4 液动理论29-32
• 2.5 表面粗糙接触模型32-36
• 2.6 机油消耗36-42
• 2.6.1 缸套壁面润滑油蒸发模型37-38
• 2.6.2 顶环甩油模型38-41
• 2.6.3 闭口间隙窜油41
• 2.6.4 活塞顶岸刮油41-42
• 2.7 本章小结42-44
• 第三章 活塞组仿真模型建立及动力学特性分析44-80
• 3.1 活塞动力学仿真模型的建立44-51
• 3.1.1 活塞组件动力学模型44-48
• 3.1.2 活塞裙部弹性流体动力润滑模型48-51
• 3.2 活塞及缸套温度场测量51-60
• 3.2.1 活塞及缸套温度场测试方法51-52
• 3.2.2 活塞及缸套温度场测试方案52-57
• 3.2.3 试验用柴油机的活塞及缸套温度场测量57-59
• 3.2.4 试验数据的误差及来源分析59-60
• 3.3 活塞及缸套温度场有限元分析60-63
• 3.4 试验测试与仿真模型的验证63
• 3.5 活塞组动力学动力学特性分析63-77
• 3.5.1 活塞运动学及动力学特性分析63-66
• 3.5.2 活塞环运动及动力学特性分析66-70
• 3.5.3 窜气量分析70-71
• 3.5.4 环组润滑油消耗分析71-73
• 3.5.5 活塞组润滑特性分析73-77
• 3.6 小结77-80
• 第四章 活塞组结构参数对发动机性能影响分析80-118
• 4.1 销孔偏置的影响关系80-85
• 4.2 配缸间隙的影响关系85-88
• 4.3 活塞型线中凸点位置的影响关系88-92
• 4.4 活塞椭圆度的影响关系92-100
• 4.5 活塞环岸间隙100-102
• 4.6 活塞环槽间隙影响关系102-105
• 4.7 活塞顶环开口间隙的影响关系105-111
• 4.8 活塞顶环径向弹力的影响关系111-115
• 4.9 小结115-118
• 第五章 工作总结与展望118-122
• 5.1 工作总结118-119
• 5.2 工作展望119-122
• 致谢122-124
• 参考文献124-132
• 附录 攻读硕士学位期间参与项目及发表论文132

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本文编号：787364