4100QBZ增压柴油机活塞机械负荷与热负荷耦合分析_雷基林
AVL BOOST 软件模拟分析配气相位对4100 QBZL 柴油机油耗影响的数据分析
本科毕业论文题目：AVL BOOST 软件模拟分析配气相位对4100 QBZL 柴油机油耗影响的数据分析学院：姓名：学号：专业：年级：指导教师：二00一一年五月摘要中文摘要：本文利用AVL BOOST 软件建立了4100QBZL柴油机模拟计算模型。
利用所建立的模型，对柴油机全负荷工况下，n=1400,n=2200,n=2600,n=3200r/min四种转速情况下的配气相位角对有效燃油消耗率的影响进行了模拟计算，并与实验数据进行了对比。
结果表明，模拟数据与实验数据能较好的吻合，从而验证了该机工作过程模型的正确性。
在此基础上，对4100QBZL柴油机的配气相位进行了优化计算，通过分析各配气相位角度对柴油机油耗的影响，确定了该柴油机的最佳配气相位。
同时，对4100QBZL柴油机的结构参数进行了改进，并对改进后的柴油机和原机做了对比实验。
结果表明，改进后柴油机经济性得到一定的改善。
达到了本文研究的目的。
关键词：avl boost ； 4100QBZL柴油机；配气相位；有效燃油消耗率。
The Data analysis simulated by avl boost software about how the valve timing influence effective specific fuel consumption of the 4100QBZLdiesel engineAbstract:This paper using AVL BOOST software establish simulation calculation model of 4100QBZL diesel engine。
Using the established model, we study how the valve timing influence effective specific fuel consumption of the diesel engine in the situation of full load conditions, n = 1,400, n = 22, n = 2600, n = 3200r/min four speed situation , and compared with the experimental data. Results show that simulation data can well agree with the experimental data and verify the correctness of the machine working process model. On this basis, simulate the working process of the of 4100QBZL diesel engine, according to its results, to optimize its valve timing and finally determine its best valve timing. Meanwhile, improve the structural parameters of the diesel engine and contrast the effective specific fuel consumption of the improved diesel engine and that of the original engine. Results show that effective specific fuel consumption of the improved diesel engine have been improved.it achieve the purpose of this study.Key words: avl boost; 4100QBZL diesel engine ; valve timing; effective specific fuel consumption.目录1 绪论........................................................................................................................................................ - 1 -1.1前言 (1)1.2AVL BOOST软件 (1)1.3发动机配气相位、油耗以及两者之间的关系 (3)1.31 配气相位.......................................................................................................................................... - 3 -1.32 燃油消耗率...................................................................................................................................... - 4 -1.33 配气相位对燃油消耗率的影响...................................................................................................... - 4 -1.4配气相位的调节 (4)1.41配气相位调节的主要原则............................................................................................................... - 4 -1.42现代配气相位调节的方法及结构特点........................................................................................... - 4 -1.54100QBZL柴油机简介 (5)2 模拟试验...................................................................................................................................................... - 6 -2.1模拟试验目的 (6)2.2模拟试验方案 (6)3 模拟试验结果与分析.................................................................................................................................. - 6 -3.1进气提前角与柴油机油耗的关系曲线 (6)3.2进气迟闭角与柴油机油耗的关系曲线 (8)3.3排气提前角与柴油机油耗的关系曲线 (9)3.4排气迟闭角与柴油机油耗的关系曲线 (10)4 发动机台架试验........................................................................................................................................ - 12 -4.1实验目的 (12)4.2实验内容 (12)4.3试验方法及主要试验设备仪器 (12)4.4实验结果及分析 (13)5结论............................................................................................................................................................... - 14 -参考文献.................................................................................................................................................... - 14 -致谢.......................................................................................................................................................... - 14 -1 绪论1.1 前言石油作为一种不可再生的能源，随着人类社会的不断进步与发展，已不断走向枯竭，几十年后，使用石油将成为历史。
4100ZLQ型柴油机培训教材
曲轴前端螺母(或起动爪) 392—441N.m(40—45kgf.m) 主油道稳压阀 29—39N.m(3—4kgf.m) 活塞冷却喷嘴螺栓 20—30N.m(2—3kgf.m) 注意事项: (1)无锁紧垫片,必须保证要求的扭紧力矩值。 (2)组装扭紧时,用机油润滑,螺栓螺纹有碰伤的不准使用。 (3)各螺栓要分2～3次按规定顺序交替拧紧。 12. 一般螺栓扭紧力矩:(单位:N.m) M6 4.0—6.0 M8 18—23 M10 32—42 M12 55—70 M14 90—110
5.喷油嘴头高出缸盖底面的高度:
2.8～3.3mm
6.机油压力:
怠速油压 ≥78kPa
工作油压
196～540kPa
7.冷却水出水温度: 80～95℃, 运行时冷却水不应沸腾。 8.油底壳机油容量: 5.7L (不包括机油滤清器和机油冷却器)。 9.冷却水容量: 8L(仅发动机)。 10.风扇皮带松紧度: 以39N(4kgf)的力压皮带,其单根挠度应在10～15mm之间。 11.主要螺栓扭紧力矩: 缸盖螺栓 117—127N.m(12—13kgf.m) 主轴承螺栓 216—235N.m(22—24kgf.m) 连杆螺栓 117—127N.m(12—13kgf.m) 飞轮螺栓 196—216N.m(19—21kgf.m) 飞轮壳螺栓 127—147N.m(13—15kgf.m) 凸轮轴齿轮压紧螺栓 108—118N.m(11—12kgf.m)
4、活塞连杆组 活塞头部为热流形, 裙部为变椭圆桶形曲面，下部为拖鞋式 结构，材质为共晶铝硅合金。共有两道气环，一道油环。第一 道环为上下面镀铬的桶面环，装配时注意有标记的一面朝上； 第二环为外圆带微锥面及切槽的扭曲环，装配时切槽朝下；油 环为螺旋弹簧胀圈式,内表面镀铬，组装时要注意弹簧连接处和 油环开口成180°。安装活塞环要用专用卡钳,不要过分撑开,以 防折断。环在槽内应能自由转动,凭自重能落于槽底。装入缸孔 时第一环开口与推力面成45°角,第二环开口与第一环成180°, 油环开口与第一环、第二环开口成90°, 活塞上小箭头为朝前 记号（进气门凹坑朝机体前方）, 不得装反, 各运动摩擦部位要 涂润滑油。 连杆为锻钢件, 体和盖上有配对编号, 不得装错装反。连杆 螺栓扭紧力矩为117～127N.m(12～13kgf.m), 连杆瓦为钢背三元 镀层铜铅轴瓦, 组装时轴瓦工作面应涂油, 但瓦背不得有油,否则 影响散热。
活塞热疲劳分析
３ ． Ｂ ｏ ｈ ａ ｉ Ｓ ｈ ｉ ｐ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ Ｖｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｃｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ． Ｈｕ ｌ ｕ ｄ ａ ｏ １ ２ ５ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ａ ３ － Ｄ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｂ ｕ ｉ ｌ ｔ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｐ ｒ ｏ ／ Ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｅ ｕ ｎ ｉ ｔ ｗ ａ ｓ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｒｏ ｆ ｍ ＡＮＳ ＹＳ ｕ ｎ ｉ ｔ ｂ ａ ｓ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｎ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｍｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｌ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｒ ｌ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｗｅ ｒ ｅ ｍａ ｄ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｍ ａ ｒ ｌ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｗ ａ ｓ ｃ ａ ｒ ｉｅ ｒ ｄ ｏ ｕ ｔ ａ ｎ ｄ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ， ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｄ ｅ ｆ ｏ ｍ ａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗｅ ｒ ｅ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｎ ｕ ｍｂ ｅ ｒ ｏ ｆ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｌ ｉ ｆ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ １ １ ２ ０ ０ ０ ０ ａ ｔ ｌ ｅ ａ ｓ ｔ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｌ ｏ ｗ ｒｅ ｆ ｑ ｕ ｅ ｎ ｔ ｆ ａ ｔ ｉ ｇ ｕ ｅ ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｂ ａ ｓ ｅ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｐ ｉ ｓ ｔ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ．
高强化柴油机活塞的热机耦合强度分析
到 １ ／ ５ ｍ ｓ以 上 。 来 越 高 的 热 、 械 载 荷 导 致 活 塞 的 － 越 机 Ｖ 作 条 件 愈 加 严 酷 ， 塞 销 座 开 裂 、 槽 早 期 磨 损 、 塞 活 环 活 顶 面 环 岸 开 裂 以 及 燃 烧 室 喉 口 边 缘 热 裂 等 失 效 更 加 显 著 。 因此活 塞 的设计 ， 仅要 考 虑机械 负 荷 的作用 ， 不 还 要 考 虑 热 负 荷 、 热 变 形 的 综 合 影 响 。 在 内 燃 机 研 究 领 域 ，采 用 有 限 元 数 值 模 拟 技 术 对 活 塞 的 热 机 耦 合 情 况
相应 的介 质 温度 ． 准 确确 定换 热边 界 又 十分 困难 ， 而 很 难 找 到 一 种 通 用 公 式 来 求 出 各 个 边 界 条 件 。 但 通 过 国 内外 研 究 人 员 对 活 塞 的 热 边 界 条 件 的 多 年 实 验 和 计 算 研 究 ， 已 经 获 得 了 一 系 列 能 够 较 真 实 反 映 实 际 情 况 的
下 的 刚 、强 度 及 温 度 场 进 行 分 析 已 成 为 重 要 的 研 究 方
值 ， 利 用 有 限 元 软 件 计 算 温 度 场 ， 较 测 点 处 的 实 测 再 比 值 与 计 算 值 ．依 据 传 热 学 原 理 修 正 其 边 界 条 件 后 再 重 新 计 算 ， 样 反 复 由实 测 温 度 点 来 修 正 ， 至 计 算 值 与 这 直 实 测 值 误 差 在 工 程 研 究 允 许 范 围 之 内 为 止 。因 此 ， 文 本 在 考 虑 温 度 影 响 的 对 比 分 析 时 。活 塞 温 度 场 计 算 中 采 用 第 三 类 边 界 条 件 ． 与 活 塞 接 触 的 各 种 介 质 的 温 度 和
活塞环结构对柴油机机油耗的影响分析_雷基林
第３２卷第５期２０１１年１０月内 燃 机 工 程Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｉｎｔｅｒｎａｌ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．３２Ｎｏ．５Ｏｃｔｏｂｅｒ．２０１１收稿日期：２００９－０９－０４基金项目：云南省科技创新强省计划（２００８ＡＤ００７）；云南省应用基础研究基金项目（２００９ＺＣ０３６Ｍ）作者简介：雷基林（１９７７－），男，讲师，博士生，主要研究方向为内燃机结构设计与优化，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｅｉｊｉｌｉｎ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ；申立中（联系人），男，教授，博士生导师，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｚｓｈｅｎ＠ｐｕｂｌｉｃ．ｋｍ．ｙｎ．ｃｎ。
文章编号：１０００－０９２５（２０１１）０５－００７９－０５３２００８５活塞环结构对柴油机机油耗的影响分析雷基林，申立中，刘 强，毕玉华，颜文胜（昆明理工大学内燃机省级重点实验室，昆明６５０２２４）Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｐｉｓｔｏｎ Ｒｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｎ Ｏｉｌ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｅｓｅｌ ＥｎｇｉｎｅＬＥＩ Ｊｉ－ｌｉｎ，ＳＨＥＮ Ｌｉ－ｚｈｏｎｇ，ＬＩＵ Ｑｉａｎｇ，ＢＩ Ｙｕ－ｈｕａ，ＹＡＮ Ｗｅｎ－ｓｈｅｎｇ（Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｓ，Ｋｕｎｍｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２２４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ ｄａｔａ ｏｆ ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｐｉｓｔｏｎ ａｎｄｃｙｌｉｎｄｅｒ ｌｉｎｅｒ，ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｐｉｓｔｏｎ ａｓｓｅｍｂｌｙ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｕｓｉｎｇ ＡＶＬ Ｅｘｃｉｔｅ Ｐｉｓｔｏｎ ａｎｄ Ｒｉｎｇｓ．Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅｍｏｄｅｌ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｂｙ ａｃｔｕａｌｌｙ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｅｎｇｉｎｅ ｏｉｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｐｉｓｔｏｎ ｒｉｎｇ ｐｒｏｆｉｌｅｏｎ ｏｉｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｉｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｓ ｌｉｔｔｌｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｃｈａｎｇｉｎｇ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉ－ｔｉｏｎ ｏｂｌｉｑｕｉｔｙ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｔｒａｐｅｚｏｉｄａｌ ｐｉｓｔｏｎ ｒｉｎｇ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｘｉｔｙ ｐｏｓｉ－ｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｒｒｅｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｎ ｏｉｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ．Ｔｈｅ ｓｃｒａｐｉｎｇ ｅｄｇｅ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｃｏｎｅ－ｓｕｒｆａｃｅ ｐｉｓｔｏｎ ｒｉｎｇｗｏｕｌｄ ｂｒｉｎｇ ｇｒｅａｔ ｅｆｆｅｃｔ ｔｏ ｏｉｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｗｉｔｈ ｓｃｒａｐｉｎｇ ｅｄｇｅ ｗｉｄｔｈ ａｄｄｉｎｇ ｔｏｔａｌ ｏｉｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ，ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｉｓ ｕｐ ｔｏ ３３．４％．摘要：结合缸内燃烧压力、活塞和缸套工作温度场的实测值，建立柴油机活塞组件动力学模型，分析了活塞环摩擦表面型线结构参数对柴油机机油耗的影响，并通过对柴油机机油耗的试验测试验证了分析模型。
4100QBZ 增压柴油机活塞机械负荷与热负荷耦合分析
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４ ０ ＱＢ １０ Ｚ增 压 柴 油 机 活 塞 机 械 负荷 与 热 负 荷 耦 合 分 析
雷基林 ，申立 中 ， 杨永 忠 ， 玉华 颜文胜 张 宁 毕 ， ，
（ ． 明理工 大学交 通工程学 院 ， １昆 昆明 ６０２ ； ． ５２４ ２ 昆明云 内动力股份 有限公司 ，昆明 ６ ０２ ） ５２４ 摘 要 ：针对 ４ ０Ｑ Ｚ废气涡轮增压柴油机 活塞 的机械负荷和热负荷 问题 ， １０ Ｂ 实测 了标定功率工况下活塞表 面 １ ９个
ｎ ｔｅｍａ ｄ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｒ ｌａ ｃ ａ ｉａ ｈ ｎ
ｓｒａ ｅ ｃ ａａ ｔｒ ｔ ｏ ｄ ｔｅ ｃ ｍｂ ｓ ｏ － ａ ｒ ｓｕ ｅ ｕ ｄ ｒｔｅ ｓ ｎ ａｄ ｐ ｗ ｒｗ ｒｉ ｇ ｃ ｎ ｔ ｎ ｕｆ ｈ ｒ ｃｅｉ ｉ ｄ ｔ ａ ｏ ｕ ｔ ｎ ｇ ｓｐ ｅ ｓ ｒ ｎ ｅ ｔ ｄ ｒ ｏ ｅ ｏｋ ｎ ｏ ｄ ｉ ．Ａ ｄ ｃ ｍ ｉ ｎ ｅ ｆ ｉ ｃ ｓｃ ｓ ｎ ｈ ｉ ｈ ａ ｉ ｏ ｎ ｏ ｂ ｎ ｇ ｔ ｎｔ ｉ ｈ ｉ ｅ
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浅谈4100QBZ柴油机运转时水温过高的原因及排除
技师专业论文工种：装配钳工论文标题：浅谈4100QBZ柴油机运转时水温过高的原因及排除浅谈4100QBZ柴油机运转时水温过高的原因及排除作者：钱允斌(昆明云内动力股份有限公司)时间：2008年2月21日摘要：发动机水温过高的问题，是一种发动机常见的通病，通过改进水道横截面，加装机油冷却器空——空中央冷却器水温问题得到了有效的解决。
关键词：水道截面机油冷却器空—空中央冷却器论文主体：引言：4100QBZ型柴油发动机是我们厂主要产品，是属于国家免检，技术参数如下：四缸，直列式，水冷四冲程，缸径X行程（100X105）直喷W型燃烧室，活塞总排量为3.298L，最低空载≤338r/min最大扭矩/转速201N/m2000-2200，机油消耗率≤2g/kw.各缸工作顺序1.4.2.3，机油容量9.5L，外型尺寸892X622X730，净质量300kg，前一段时间用户反映该机水温普遍过高，现在我们来分析一下究竟是哪里的原因导致水温温度过高。
根据发动机水道循环图一，我们得知冷却水在节温器的作用下当温度高于85℃节温器打开进行大循环反之进行小循环。
一．水温过高的原因1．发动机水套内沉积的水垢过多。
发动机工作时，从冷却水中分解出来的矿物质沉积在水套和散热器内表面就成为水垢。
水垢的导热系数很差，仅有0.2-2.0大卡/米2小时℃约为铸铁1/400，因此冷却系统沉积水垢后，冷却效率降低，发动机温度升高。
2.散热器或风道和导风罩及发动机表面脏污空气中的尘土通过上述机件时，总有一部分粘附在机件的表面使之脏污。
特别是这些机件表面沾有机油时脏污更快，而尘土和机油的导热系数比水垢还差，仅有0.12大卡/米小时℃。
因此上述机件脏污之后，散热性能显著降低，发动机便出现过热现象。
3.水泵泵水量下降水泵的泵水量除与曲轴转速，冷却系内的压力有关外，还与冷却水的温度，数量。
流动阻力和水泵的完好情况有关。
发动机工作时水泵进水口的压力最低，具有一定的真空度，而水的沸点随压力的降低而降低。
增压柴油机活塞机械负荷与热负荷耦合分析
g 7.8 Cm PgTg （W/m . ℃） （1）
3
2
式中 Cm sn 30 ，活塞冲程 S＝0.105m，转速 n＝ 3200r/min，解得活塞平均速度 Cm＝11.2m／s。Pg 为气体瞬时压力， 单位为 MPa, Tg 为气体瞬时温度， 单位为 K。 燃气对活塞顶部平均放热系数 gm 和燃气平 均温度 Tgm 按（2） 、 （3）公式计算。
1.3
油机标定功率工况下缸内燃气最大爆发压力为 11.9MPa，此时曲轴转角为 363.75°。
gm
720
g d
720
0
（2）
T gm
1 720 0 g Tg d 720 273
gm
（3）
2）活塞侧面换热系数和环境温度的计算
活塞侧面通过气缸套传给冷却水的热边界条 件按 （4） 公式计算， 以冷却水温度作为环境温度。
d (
图5 缸内燃烧压力与压力升高率曲线
a
1
0
b
2
c
0
1
) 1
（4）
式ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ： 1 、 2 、
基于热-流-固耦合的发动机活塞组件热疲劳实验台设计研究
基于热-流-固耦合的发动机活塞组件热疲劳实验台设计研究曹艺隆;王贵新;俞谦;赵嘉琪;朱甲梁
【期刊名称】《中国设备工程》
【年(卷),期】2022()11
【摘要】本文为了研究发动机活塞的热疲劳特性,设计了一种活塞热疲劳测试的实验台,并对其进行了性能分析与评价。
首先分析了实验台的设计要求,提出了3种设计方案,通过性能对比及分析选择最合理的方案进行详细设计;在此基础上,对实验台燃烧室进行热流固耦合分析,探究其对发动机燃烧室的模拟情况。
研究表明,该实验台结构简单可靠,能够准确模拟活塞的温度场,可以对中高速车用柴油机活塞进行热疲劳实验。
【总页数】4页(P84-87)
【作者】曹艺隆;王贵新;俞谦;赵嘉琪;朱甲梁
【作者单位】哈尔滨工程大学动力与能源工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TJ76;V435
【相关文献】
1.流固耦合作用下航空发动机燃烧室热疲劳研究
2.UUV特种发动机活塞的热-固耦合分析
3.基于流固耦合计算的柴油机缸盖热-机械疲劳分析研究
4.基于流固耦合方法的排气管低周热疲劳分析
5.基于流固耦合的压水堆主管道上充管嘴热疲劳研究
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燃烧科学与技术2008年(第14卷)总目次
２０ ８ ｏ ０ｏｌ
同轴离心式 喷注器火焰特性实验研 究 ………………………………………
２ｏ ８ ２ ０ ｏｏ ２ｏ ８ ３ ０ ００
２ ｏ ｏｏ ０８ ４
１ ｍ钢化玻璃全尺寸火灾实验 …………………………………………………………… 张和平 ， ０ｍ 万玉 田， 张庆文， ６ 等（ ） 车用汽油机过渡工况空燃 比的神经网络 多步预测控制策略 ………………………………… 吴义虎 ， 侯志祥 ， 宋丹丹 （ １ １） 低 马赫数射流火焰多维直接数值模 拟 ……………………………………………………… 蒋 活化热氛围中 Ｃ ： Ｏ 体积分数对 喷射起升火焰 自燃及碳烟排放特性的影 响……………… 邓 勇， 邱 榕， 宋崇林 ， １ ） 等（６
２０ ０３ 燃烧 福建 无 烟 煤 Ｃ Ｂ锅 炉 炉 内脱 硫模 型 … … … …… … … … …… … … … …… … … … …… … 何宏 舟 ， 良坤 ， 亚欣 （４ ） ０ ８２ Ｆ 申 苏 １３
２０ ０８ 棉秆在流化床中的燃烧特性 ……………………………………………………………… 孙志翱 ， ０ ８２ 金保升 ， 章名耀 ， １７ 等（４ ） ２００ ９ 新配方乙二醇单 乙醚含氧燃料对柴油机燃烧 和排放的影 响 …………………………… 李 丽梅 ， ０８ ２ 郭和军 ， 刘圣华， １２ 等（５ ） ２０ ００ 柴油 机燃用含甲醇的柴油混合燃料羰基污染物的排放特性 …………………………… 李方成 ， ０ ８３ 宋崇林 ， 刘 成 ， １７ 等（５ ）
２０ ０２ 温度和气氛对 Ｐ Ｈ ０ ８２ Ａ ｓ由从头合成反应生成 Ｐ Ｄ ／ ｓ Ｃ Ｄ Ｆ 的作用 …………………………… 尹雪峰 ， 李晓东 ， 罗建松 ， １７ 等（ １ ）
云内发动机4100QBZ零件图册中文
文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持.GB/T19001—idt ISO 9001 4100QBZ型柴油机零件图册昆明云内动力股份有限公司目录1、机体总成（一）.................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
2、机体总成（二）.................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
3、气缸盖总成............................................................................................................................................ 错误!未定义书签。
4、活塞连杆总成........................................................................................................................................ 错误!未定义书签。
5、曲轴与飞轮总成.................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
基于+ANSYS+发动机活塞有限元的分析与优化
第３６卷 第１期河北联合大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ畅３６ Ｎｏ畅１２０１４年１月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｅｂｅｉＵｎｉｔｅｄＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｊａｎ畅２０１４文章编号：２０９５－２７１６（２０１４）０１－００３６－０６基于ＡＮＳＹＳ发动机活塞有限元的分析与优化孙庆荣，杨 洋（皖江职业教育中心学校，安徽马鞍山２４３０００）关键词：活塞；有限元；机械载荷；边界条件摘 要：对活塞在机械负荷作用下的应力和变形进行了研究。
首先，利用三维制图软件ＵＧ建立了内燃机活塞的几何模型，在三维有限元分析软件中转换有限元模型。
然后探讨了活塞机械载荷的确定方法。
完成了活塞在机械载荷作用下的应力与变形分析，并考虑了活塞裙部侧推力的影响。
结果表明：活塞的应力主要受机械载荷的影响，同时活塞变形呈轴对称分布，变形后裙部外形轮廓形状发生较大变化。
因此，本文的研究结果将为活塞改进设计提供参考。
中图分类号：ＴＨ４５７ 文献标志码：Ａ上海复旦大学和上海内燃机研究所，早在七十年代就利用轴对称三角形单元对活塞进行有限元分析；八十年代初，上海交通大学和华中理工大学分别在传热边界条件方面和活塞的尺寸优化方面进行了深入研究。
但是上述工作仅仅是二维或轴对称阶段，它的任务较为单一，功能比较简单。
随着有限元方法的发展，王等人通过建立柴油发动机铝活塞三维有限元模型，研究在热力耦合作用下活塞温度分布、热变形和机械变形。
研究表明裙部轮廓形状对减少活塞与缸套之间划伤与摩擦发挥了重要作用。
高速直喷式柴油机活塞有限元模型的发展也说明了热交换在活塞设计和发展中的作用。
进入九十年代后，随着计算机硬件技术的进步，对活塞进行应力与变形的研究逐渐增多。
天津大学佟景伟在温度与机械载荷作用下对活塞应力与变形进行了三维元分析。
山东活塞厂对活塞在机械载荷和热载荷作用下的强度进行了有限元分析。
吉林工业大学方华和华北工学院周先辉对活塞进行热变形，热应力，机械变形，机械应力，耦合变形，耦合应力有限元分析，发现活塞在机械负荷与热负荷作用下其变形是不均匀的，由裙底至头部径向变形逐渐加大，横截面变形后呈椭圆状且椭圆度值由顶部至裙底逐渐减小，长轴方向为销孔轴线方向，这是造成活塞拉缸的主要原因，这种变形规律推动着活塞型面朝中凸变椭圆方向发展。
4100型柴油机设计文献综述
文献综述一、前言柴油机的发展已经有一百多年的历史，给人类的生产、生活带来了非凡的便利，也给人类社会的发展提供了不同凡响的动力。
在一个多世纪的发展过程中，柴油机技术先后出现了三次质的飞跃。
[1]在工业发达国家，载货汽车基本上全部使用柴油机。
近年来，随着柴油机采用涡轮增压、中冷、直喷、尾气催化转换和颗粒捕集器等先进技术，柴油机排放已达到欧Ⅲ、欧Ⅳ排放标准，因而也掀起了小轿车柴油机化的高潮，德国大众汽车公司、美国通用汽车公司、日本丰田汽车公司等大型汽车公司的小轿车也采用了柴油机。
在石油资源越来越短缺的我国，发展柴油车将是未来汽车工业的重点之一。
根据国家汽车发展规划，“十五”期间，柴油车占汽车总产量的比重要从2000年的29.7%提高到35%左右，中型车要全部实现柴油化。
目前我国柴油轿车、柴油微型车生产刚开始起步，一汽大众已经开发出捷达、宝来柴油轿车，在国内部分城市上市。
[2]柴油机的压缩比高，热效率高，其燃料消耗量比汽油机低30%~40%，加上车用柴油与车用汽油相比加工成本又低5%，随着世界各国对汽车节能的普遍重视，汽车发动机向柴油机化发展已是全球汽车工业发展的大趋势。
[3]除燃料消耗量比汽油机低外，柴油机与汽油机相比还具有功率大、寿命长、动力性能好的特点，它排放产生的温室效应比汽油低45%，一氧化碳与碳氢排放也低，但其氮氧化物排放略大于汽油机，有害颗粒排放大。
[4]二、4110型柴油机的用途：4110柴油机陆用时，配以皮带轮、联轴器、离合器作为农业排灌、发电机、电焊机、空压机、水泵、碎石机及建筑机械等动力；船用时，配上倒顺车离合器。
减速齿轮箱后，可用作渔轮船动力，内河航运主机及轮船辅机。
[5]三、4110型柴油机的结构特点：1、机体：汽缸体和曲轴箱铸成整体，两侧有检查孔，汽缸套为湿式，用球墨铸铁制成，耐磨性好。
2、曲轴：用球墨铸铁制成，经正火处理后，提高了机械性能，耐磨性好。
3、汽缸盖：每缸一盖，进排气道都安置在一侧，另一侧装有喷油机，缸盖用铸铁制成。
柴油机机体热-机耦合分析
柴油机机体热-机耦合分析
王虎;于彩侠;孙军;赵小勇;王杰;程金林
【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(000)010
【摘要】文章以4105型柴油机为研究对象，建立包括缸体、缸盖、缸套、缸垫、连接螺栓的内燃机机体装配多体接触模型，利用ANSYS Workbench平台，采用多场耦合方法，计算考虑螺栓预紧力、燃气压力、热负荷综合作用下的机体应力与变形。
结果表明，热负荷对于缸体、缸盖的应力应变影响最大，缸体内各部位刚度的差异导致缸体、缸盖变形的大小和形态显著不同。
【总页数】5页(P1158-1161,1230)
【作者】王虎;于彩侠;孙军;赵小勇;王杰;程金林
【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥 230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥 230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥 230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥 230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥 230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥 230009
【正文语种】中文
【中图分类】TK422
【相关文献】
1.提升机盘式制动器热-机耦合的有限元分析 [J], 王日全
2.基于改进型GDQ法FGM纳米梁的热-机耦合振动及屈曲特性分析 [J], 周凤玺;蒲育
3.某超临界汽轮机高压内缸紧固螺栓的热-机耦合应力分析 [J], 汪志刚;陈腊梅;黄一君;江峰;楼玉民;叶笃毅
4.柴油机机体的热―机耦合分析 [J], 闫军朝;李洪昌;胡建平;吴鲁定
5.柴油机机体的热―机耦合分析 [J], 闫军朝;李洪昌;胡建平;吴鲁定
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4100柴油机扭振及简谐力矩特性分析的开题报告
4100柴油机扭振及简谐力矩特性分析的开题报告一、研究背景随着现代工业的发展，大功率柴油机的应用日益广泛。
然而，柴油机扭振问题一直困扰着柴油机的工程设计及工程实践，导致柴油机发动机组的工作效率低下，长期运行还会增加机器的损耗和故障率。
因此，对柴油机扭振问题进行深入研究是非常必要的。
扭振是柴油机运行过程中产生的一种颤抖现象，它会直接影响到发动机的稳定性、振动响应和能量损失等，对于降低机器的噪声和振动水平、提高机器的工作效率具有重要作用。
二、研究目的本研究的目的是分析4100柴油机扭振及简谐力矩特性，并探讨减轻柴油机扭振问题的方法，为柴油机设计和优化提供参考和建议。
三、研究内容1.4100柴油机特性分析：通过对柴油机技术参数和结构布局的分析，了解4100柴油机的运行原理、特性和工作条件。
2.扭振特性分析：基于扭振分析模型，运用matlab等数学计算工具，对柴油机扭振的产生原因、传递路径及影响因素等进行分析，同时对柴油机在不同工况下的扭振情况进行试验研究。
3. 简谐力矩特性分析：在考虑发动机的各项参数引起的干扰因素的情况下，运用转速及加速度传感器等测试设备，对柴油机工作过程中的简谐力矩变化特性进行定量分析与研究。
4.扭振影响因素分析：通过对柴油机内部结构、机械和电子控制系统的分析，研究与分析了各种扭振干扰因素对柴油发动机的影响，并探讨减轻柴油机扭振问题的方法，为柴油机设计和优化提供参考和建议。
四、研究步骤1. 了解柴油机4100的结构布局、主要技术参数及工作条件等内容2.对柴油机扭振的产生原因、传递路径及影响因素等进行理论分析3. 运用matlab等数学模拟软件，建立柴油机扭振模型，模拟柴油机扭振情况4. 通过试验手段，获取柴油机在不同工况下的扭振特性，利用试验数据与模型数据进行对比和分析5. 对柴油机的简谐力矩进行测试和分析，并对相关因素进行评估和优化6. 百米表、激振测试等方法对扭振问题具体进行研究7. 总结分析各项实验结果，提出在收敛的实验数据上对柴油机进行优化设计等建议五、研究意义本研究对柴油机扭振问题进行深入研究，不仅可以提高柴油机的稳定性和工作效率，同时可以减少机器的损耗和故障率。
中高档柴油机活塞性能仿真分析与失效机理研究的开题报告
中高档柴油机活塞性能仿真分析与失效机理研究的开题报告一、研究背景近年来，柴油机被广泛应用于各种汽车、船舶、机械等领域，成为现代工业不可或缺的关键设备之一。
柴油机作为一种高效、可靠、经济的动力设备，其稳定运行与长久使用对于设备的有效性与生产效益至关重要。
但在实际使用中，柴油机的活塞、气缸套等部位往往会出现损伤，导致机器失效。
因此，研究高档柴油机的活塞性能及其失效机理，对于提高其可靠性以及延长使用寿命具有极其重要的意义。
二、研究目的和意义本文旨在通过对中高档柴油机的活塞、气缸套等部位的失效机理进行研究，以解决在实际使用中容易发生的失效现象。
同时采用仿真分析的方法，探索提高柴油机的可靠性与寿命的技术手段。
本研究的主要意义在于：1. 对于柴油机失效机理的深入研究，将有助于预测和评估机器失效的概率，进而采取有效的预防措施。
2. 采用仿真分析的方式研究柴油机活塞性能与失效机理，无需昂贵的试验设备和环境，大大降低了研究成本。
3. 本研究结果对于改进柴油机结构设计或制造工艺，提高其可靠性和寿命将具有积极意义。
三、研究内容和方法本研究的主要内容包括：1. 柴油机活塞、气缸套等部位的失效机理研究。
2. 活塞环、缸套等部位的材料择优探究。
3. 柴油机活塞、气缸套等部位的有限元分析与参数优化。
4. 柴油机活塞、气缸套等部位的应力分析与仿真。
5. 对于失效机理的模拟仿真，探索采用材料与设计以提升柴油机可靠性与寿命。
本研究采用实验分析、数值仿真分析方法进行研究。
对于柴油机失效机理的分析，主要采用奥斯特里茨、葛瑞菲斯等有关材料断裂理论，探究其失效机理与材料导致失效的机制；对于活塞环、气缸套等部位材料的择优，采用腐蚀试验、材料拉伸等方法进行研究。
随后，本研究将对柴油机活塞、气缸套等部位进行有限元分析，优化设计参数，进行应力分析与仿真。
最后，本研究将对柴油机失效机理进行数值仿真模拟，利用模拟仿真结果探索材料与设计的优化手段，以提升柴油机可靠性与寿命。
柴油机活塞热机耦合疲劳强度分析
柴油机活塞热机耦合疲劳强度分析牛小强;雷基林;邓晰文;王东方【摘要】以一款非道路高压共轨柴油机铝合金活塞为研究对象,采用硬度塞测温法试验测试了活塞在最大转矩工况及标定工况下表面19个特征点的温度值,并结合经验公式得出活塞表面的热边界条件;采用有限元的方法求得的活塞的温度场与活塞温度场试验吻合;在活塞温度场的基础上分析了活塞的热应力场及热机耦合应力场,得到了活塞的易失效点,为柴油机铝合金活塞抗疲劳设计提供了理论基础.【期刊名称】《农业装备与车辆工程》【年(卷),期】2018(056)006【总页数】4页(P1-4)【关键词】柴油机;活塞;硬度塞;温度场;耦合分析【作者】牛小强;雷基林;邓晰文;王东方【作者单位】650500云南省昆明市昆明理工大学云南省内燃机重点实验室;650500云南省昆明市昆明理工大学云南省内燃机重点实验室;650500云南省昆明市昆明理工大学云南省内燃机重点实验室;650500云南省昆明市昆明理工大学云南省内燃机重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TK4220 引言随着柴油机强化程度的不断提高，活塞承受的热负荷越来越高。
同时，作为柴油机关键零部件的活塞，一方面承受高压燃气爆发压力、高速往复运动产生的惯性力、侧向压力和摩擦力等周期性的机械负荷作用；另一方面，活塞顶面承受瞬变高温燃气作用，使活塞顶部乃至整个活塞的温度都很高，而且分布不均匀，各部位温度梯度大，造成活塞很大的热应力和热变形。
所以，活塞的工作情况直接关系到柴油机的工作可靠性和使用耐久性，导致活塞热疲劳失效概率增加，已成为制约现代柴油机工作可靠性和耐久性的重要因素[1]。
本文以一款非道路高压共轨柴油机铝合金活塞为研究对象，通过试验测试与数值仿真分析相结合的方法深入研究机械负荷与热负荷共同作用下活塞的耦合应力与变形，分析活塞的热负荷状态及综合应力分布和变形情况，为柴油机铝合金活塞抗疲劳设计提供理论基础。
1 活塞温度场测试柴油机的标定工况和最大转矩工况是两个热负荷与机械负荷较高的两个运行工况，也是最容易导致部件失效的两个工况，因此选择最大转矩工况与标定工况为试验工况。
186F柴油机活塞机械负荷和热负荷研究
186F柴油机活塞机械负荷和热负荷研究杨业;倪培永;戴峰;金洪超【摘要】活塞是柴油机的重要运动件.它所处的工作环境复杂,因此有必要将其结构进行强化.通过ANSYS软件,模拟高温环境以及最高爆发压力时的变形状况.模拟结果表明,在机械载荷作用下活塞销孔内侧上部出现最大应力,销座孔底部变形最为严重.在热负荷的影响下应力最大发生在内侧顶部位置,变形最大量发生在顶部边缘位置.而热机载荷耦合时等效应力最大发生在销座孔内部上侧以及顶面下方,变形最严重发生在裙部边缘.热机耦合作用对活塞的影响大于两者对活塞影响的简单相加.在活塞校核时需要进一步改善应力分布.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2016(029)005【总页数】3页(P15-17)【关键词】活塞;柴油机;ANSYS;机械载荷;热负荷【作者】杨业;倪培永;戴峰;金洪超【作者单位】南通大学机械工程学院,江苏南通226019;南通大学机械工程学院,江苏南通226019;南通大学机械工程学院,江苏南通226019;南通大学机械工程学院,江苏南通226019【正文语种】中文【中图分类】TK422活塞是柴油机的重要运动件，主要起着承载气缸中燃烧气体压强的作用，再经活塞销把力传递给连杆件，达到使曲轴旋转并输出动力的效果［1］。
由于活塞受到高温燃气直接加热导致它的工作环境相当恶劣，而过高温度作用下可能会造成第一环岸断裂、裙部磨损，最终零件失效使得发动机整体运转失常。
所以活塞设计对于柴油机的工作寿命、制造成本等都会产生影响。
随着科技的进步，柴油机气缸内的燃烧压力呈现越来越高的趋势［2］，活塞工作环境则愈来愈恶劣。
由于各个部分的散热情况不一样，会造成整体温度分布不均匀从而产生破坏和变形［3］；而受力会导致严重的部位开裂。
热机耦合会让活塞产生破裂，发动机寿命将受到影响。
因此在活塞设计阶段应该对活塞进行强度方面的校核计算，达到要求后再进行大批量生产，以免造成不必要的浪费。
柴油机活塞热负荷的试验研究及其有限元分析
柴油机活塞热负荷的试验研究及其有限元分析3孙 平 张 玲 王为成(江苏大学汽车与交通工程学院 江苏镇江 212013)摘 要:用硬度塞法测量了YZ4105QF柴油机活塞的温度场,利用Pr o/E软件建立了活塞的几何模型,借助有限元分析软件Hyper mesh和ANSYS对其进行了温度场分析计算,计算结果为活塞的结构改进和优化提供了依据。
关键词:柴油机 活塞 有限元分析 温度场中图分类号:TK421+.1 文献标识码:A 文章编号:1671-0630(2008)03-0059-04Exper im en t a lM ea sure m en t and FEA for the Ther ma lL oad of the P iston i n D i esel Eng i n eSun P i n g,Zhang L i n g,W ang W e i chengSchool of Aut omobile and Traffic Engineering,J iangsu University(Zhenjiang,212013)Abstract:The te mperature field of the p ist on in YZ4105QF diesel engine is experi m entally measured by using the hardness p lug method.And the s oft w are Pr o/E is used t o set up a geometry model of the p ist on.The te m2 perature field of the p ist on model is calculated by FEA s oft w are Hyper mesh and ANSYS.The results p r ovide supports for the further op ti m izing of the p ist on.Keywords:D iesel engine,Pist on,Finite ele ment analysis,Te mperature field引言活塞作为柴油机最主要的受热零部件之一,由于受热面积大,散热条件差,因而其承受很高的热负荷。
缸套—活塞组耦合传热的有限元分析
缸套—活塞组耦合传热的有限元分析
荆碧舟;韩振南
【期刊名称】《中国农机化学报》
【年(卷),期】2013(34)4
【摘要】随着计算机与数值计算技术的飞速发展,内燃机传热全仿真已成为大趋势,而且活塞组—气缸套作为内燃机传热过程的关键环节更是得到了广泛重视。
采用
耦合传热方法解决零件间的外边界条件,将其转换为单个零件的内边界条件,并直接
对零件系统进行耦合计算。
传热边界条件由工作过程分析程序和经验公式计算得出。
以4100QBZ增压柴油机为例,对缸套—活塞组进行标定工况下的稳态热分析,并得
到与实际工作状态相符合的结果。
【总页数】5页(P184-187)
【关键词】缸套—活塞组;耦合传热;温度场;有限元法
【作者】荆碧舟;韩振南
【作者单位】太原理工大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH122
【相关文献】
1.活塞-缸套瞬态耦合传热的有限元仿真 [J], 李迎;俞小莉;李婷;李红珍
2.基于有限元法的活塞-缸套-冷却水系统固流耦合传热研究 [J], 李婷;俞小莉;李迎;李京鲁;李红珍
3.柴油机活塞-缸套的瞬态传热有限元分析 [J], 高鹏;韩振南
4.基于ANSYS的内燃机活塞-缸套耦合系统的传热模拟 [J], 姜明;封汉颍
5.内燃机活塞-缸套耦合系统的传热模型 [J], 姜明;封汉颍
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收稿日期: 2006 12 11. 基金项目: 云南省自然科学基金资助项目( 2005E0014Q ) ; 云南省教育厅资助项目( 6Z0084D) .
作者简介: 雷基林( 1977 !
) , 男, 博士研究生.
通讯作者: 雷基林, leijilin@ sina. com.
# 62 #
燃烧科 学与技术
( 1. 昆明理工大学交通工程学院, 昆明 650224; 2. 昆明云内动力股 份有限公司, 昆明 650224)
摘 要: 针对 4100QBZ 废 气涡轮增压柴油机活塞的机械负荷和热负荷问题, 实 测了标定功率工况下活塞表面 19 个 特征点的温度和缸内燃烧压力, 并结合有限元分析法分析了机械负荷与热负荷共同 作用下活塞 的耦合应 力场与变 形. 研究结果表明, 标定功率工况下, 4100QBZ 增压柴 油机活塞头部表面工作温度最高达 367 , 缸内最高 燃烧压力 11 9 MPa, 其曲轴转角 363 75 CA; 在机械负荷和热负荷共同作用下, 最大耦合应力 125 7 MPa, 出现在活塞销座与销 接触面上以及销孔上方销座内侧; 最大变形 0 416 mm, 出现在活塞头部主推力面上.
3 200 r min, 解得活塞平均速度 Cm = 11 2 m/ s; p g 为气
体瞬时压力, MPa; T g为气体瞬时温度, K.
燃气对活塞顶部平均放热系数 gm 和燃气平均温
度 T gm 按式( 2) 、式( 3) 计算.
∃ gm=
d 720 g 0 720
( 2)
∃ T gm=
1 720
型燃烧室底部温度差异不大, 平均温度为 344 , 燃 烧室中心温度较高, 达到 356 ; 活塞侧面火力岸测点 温度差异较大, 平均 315 , 最高值 324 , 最低值 302
; 第一环岸测点温度差异较小, 平均温度为 246 .
表 1 实验用发动机的主要参数
项目
缸径 ∀ 行程/ ( mm ∀ mm) 各缸工作顺序 排量/ L 气缸套型式 燃烧室型式 进气方式 压缩比 供油提前角/ CA BTDC 喷油嘴孔数 ∀ 孔径/ mm 最低燃油消耗/ ( g#( kW#h) - 1 ) 标定功率/ kW 标定功率转速 ( r#min- 1 ) 最大转矩 ( N#m) 最大转矩转速 ( r#min- 1 )
力、侧向压力和摩擦力等周期性的机械负荷作用, 造成 活塞不均匀的机械应力和变形; 另一方面, 活塞顶面承 受瞬变高温燃气作用, 使活塞顶部乃至整个活塞的温 度都很高, 而且分布不均匀, 各部位温度梯度大, 造成 活塞很大的热应力和热变形, 严重时会导致活塞顶面 开裂, 活塞与缸套间的正常间隙遭到破坏, 甚至活塞拉 缸、抱死等. 因此, 应结合活塞温度场和缸内燃烧压力
LEI Ji lin1 , SHEN Li zhong1 , YANG Yong zhong2 , BI Yu hua1 , YAN Wen sheng1 , ZHANG Ning2
( 1. Faculty of Transportation Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650224, China; 2. Kunming Yunnei Power Co . , LTD. , Kunming 650224, China)
Abstract: Aiming at high thermal and mechanical load of turbocharged diesel engine, tests are made on the temperature of the 19 surface characteristic dots and the combustion gas pressure under the standard power working condition. And combining the finite element analysis method, an analysis is made of piston coupling stress field and distortion resulting from thermal and mechanical load. The reseach results indicate, that the working temperature of piston surface of 4100QBZ diesel engine reaches the highest, 367 , under the standard power working condition, that the highest combustion gas pressure in cylinder is up to 11 9 MPa and that the crankshaft degree is 363 75 CA. Its biggest coupling stress is 125 7 MPa, occurring on the intersurface of pin seat and on the inboard surface of pin seat above pinhole, and its biggest coupling distortion is 0 416 mm, occurring on the main thrust surface of piston head.
缸, 四冲程) 为研究对象, 测试了缸内的燃烧压力和活 塞表面的特征点温度. 4100QBZ 增压柴油机采用宁波 天力 HP55 增压器, 缩口 型燃烧室活塞, 其主要参数 见表 1. 实验用燃油为 0 号柴油, 润滑油为 CD40 号机 油.
图 2、图 3 和图 4 分别是 4100QBZ 增压柴油机活塞 顶面、侧面各测点温度值. 从图中可以看出, 活塞顶面 最高温度为 367 , 位于燃烧室偏离气缸中心线一侧;
指标
100∀ 105 1 ! 3 ! 4! 2 3 298 湿式 直喷 型 废气涡轮增压 17 5 12 5 ∀ 0 29 224 73 5 3 200 245 2 000~ 2 200
图 2 活塞头部顶面各测点温度
1 2 活塞表面温度测量及分析 为了精确确定活塞的换热边界条件, 采用硬度塞
测温法测量了 4100QBZ 增 压柴油机标定 功率工况下 活塞表面 19 个特征点的温度[7] . 实验用硬度塞材料为 GCr15 轴承钢, 通过淬火、不同温度 下回火标定实验, 最后绘出硬度与回火温度关系曲线如图 1 所示.
81 4 kPa、标定功率工况下增压柴油机缸内燃烧压力 和压力升高率曲线. 从图中可以看出, 增压柴油机标定 功率工况下缸内燃气最大爆发压力为 11 9 MPa, 此时 曲轴转角为 363 75 CA.
图 5 缸内燃烧压力与压力升高率曲线
2 活塞热分析
2 1 活塞有限元模型的建立 采用 I DEAS 软件对活塞整体严格按照图纸尺寸
第 14 卷 第 1 期 2008 年 2 月
燃烧科 学与技术 Journal of Combustion Science and Technology
Vol. 14 No. 1 Feb. 2008
4100QBZ 增压柴油机活塞机械负荷与热负荷耦合分析
雷基林1, 申立中1 , 杨永忠2, 毕玉华1, 颜文胜1 , 张 宁2
Keywords: turbocharged diesel engine; piston; temperature field; stress field; coupling field analysis
柴油机采用废气涡轮增压技术后, 动力性、经济性 得到了很大提高, 排放性能也得到了大大改善, 但柴油 机热负荷和机械负荷也进一步增加. 作为柴油机关键 零部件的活塞, 它的工作情况直接关系到柴油机的工 作可靠性和使用耐久性, 同时直接影响到柴油机的排 放性能. 增压柴油机活塞的工 作环境十分严酷: 一方 面, 承受高压燃气爆发压力、高速往复运动产生的惯性
∀ = ( N uf # ∀f ) / d eq , ∀f 为平均水温时水的导 热系数,
d eq 为水套当量直径, N uf 为努塞尔数.
2. 2. 3 活塞内侧与曲轴箱内油雾之间换热系数
活塞底部未进行喷油冷却, 活塞内侧与油雾的换 热系数 自下而上取 200~ 500 W/ ( m2# ) . 介质的温
720
(
0
gTg) d - 273
( 3)
gm
2. 2. 2 活塞侧面换热系数和环境温度
活塞侧面通过气缸套传给冷却水的热边界条件按
式( 4) 计算, 以冷却水温度作为环境温度.
!d =
a ∀1
+
b ∀2
+
c ∀0
+
1 ∀
-1
( 4)
式中: ∀1 、∀2 、∀0 分别为活塞环、气缸壁以及间隙内油
或气的导热系数; ∀ 为气缸壁与水之间的换热系数,
进行三维建模, 对活塞的部分局部特征如活塞销座内 侧的倒角进行了适当的简化. 活塞网格模型共采用了 8 126 个结点、30 519 个单元, 其实体和网格模型如图 6 所示.
图 6 活塞三维实体模型和网格模型
2 2 活塞传热边界条件的确定[ 9 11]
2. 2. 1 活塞顶部换热系数和燃气平均温度
图 3 活塞 侧面 A A 视图各测点温度
图 1 硬度塞硬度与回火温度关系曲线
图 4 活塞 侧面 B B 视图各测点温度
2008 年 2 月
雷基林: 4100QBZ 增压柴油机活塞机械负荷与热负荷耦合分析
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1 3 缸内燃烧压力测量 用自主开发的微机化内燃机数据采集系统[ 8] 测试了
4100QBZ 增压柴油机标定功率工况下缸内燃烧压力. 图 5 是供油提前角 14 CA BTDC、环 境大气压力