为降低直喷汽油发动机的颗粒物排放,分析颗粒物产生原因,改进活塞冷却喷嘴结构,设计活塞冷却喷嘴控制策略,研究冷起动阶段活塞温度对发动机颗粒物排放的影响.结果表明:根据机油温度控制活塞冷却喷嘴的开启,在冷起动阶段减少活塞与机油的换热,使活塞温度快速提升,缩短暖机时间,使混合气在活塞温度较高时燃烧,大幅度降低颗粒物排放.
为解决某高速艇用发动机水温高、中冷后气温高及变速箱润滑油温高的问题,进行故障艇系泊试验、航行试验及首台样艇测试分析,排查故障原因;利用Creo三维设计软件提取管路流体域,导入Simerics MP+软件进行模型处理及参数设置,建立海水冷却系统仿真模型,设计不同管路方案,进行压降分析.优化海底门、海水管路、海水过滤器结构,进行系泊试验与航行试验验证.结果表明:发动机水温高的根本原因是海水泵前管路压降大;将海底门、海水管路、海水过滤器直径由65 mm增大为80 mm,可以降低该艇冷却系统海水泵前管路压降,发动机水温、中冷后气温和变速箱润滑油温都在合理范围内,解决故障问题.
以自由活塞发动机为研究对象,基于MATLAB/Simulink建立仿真模型,分析动子质量和外部负载对自由活塞发动机电磁力、电磁力做功的影响.结果表明:所建立的模型可以初步模拟自由活塞发动机系统动子运动等特征,动子质量要足够大,动子质量小于3.0 kg时该发动机不能正常工作,动子质量大于3.3 kg时,发动机能够正常工作;随动子质量增大,电磁力做功功率呈先增大后下降趋势,动子质量为3.7 kg时电磁力功率最大,为1.42 kW;随外部负载增加,电磁力峰值降低,电磁力做功功率先增大后降低,当外部负载为8 Ω时电磁力功率最大,为2.10 kW.
为增大柴油机缸盖排气道的流量因数、提高柴油机性能,优化某6缸柴油机缸盖排气道结构,试验研究缸盖排气道优化前、后排气流量因数和柴油机性能.试验结果表明:优化后的缸盖排气道平均流量因数提高6.7％;缸盖排气道优化前、后,柴油机进、排气平均压力脉冲均随转矩和转速的增加而增大;缸盖排气道优化后柴油机的平均进气压力大于原缸盖排气道,平均排气压力小于原缸盖排气道;装配优化后缸盖排气道的柴油机燃烧持续期缩短且燃烧中心更接近上止点,NOx 排放降低11％～17％,燃油消耗率降低约1 g/(kW·h).优化后的缸盖排气道有助于改善柴油机充气效率,提高工质的燃烧质量,降低油耗.
为改善柴油机起动性能并降低起动过程的烟度,以某款国六轻型柴油机为研究对象,采用车载483烟度计实时测量起动过程烟度,开展起动转矩、轨压、主喷角度、起动过程开关废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)阀对柴油机起动性能和烟度影响的试验研究.试验结果表明:增大起动转矩能明显改善柴油机起动性能,轨压、主喷角度、起动过程开关EGR阀对起动性能影响不大;适当增大起动转矩、增大轨压、减小主喷角度、关闭EGR阀均能降低柴油机起动烟度.
为有效诊断柴油发电机组中出现故障的传感器类型,提出一种基于相关性-偏移量混合分析的传感系统故障诊断方法.通过小波包信息熵提取柴油发电机组上不同类型传感器采集的信号特征,利用相关性分析确定故障传感器的类型,通过偏移量分析进一步验证分析结果的准确率.试验结果表明,采用该方法进行传感器系统故障诊断的准确率可达92.52％,能够有效识别出柴油发电机组中存在故障的传感器类型.
为满足发动机出厂试验和磨合过程中不同工况冷却循环系统压力及流量要求,采用变频调速技术对发动机热试台架冷却循环系统进行优化,增加直流隔离器提高试车台架供水压力的可观察性及信号的稳定性,优化控制程序,控制测试台架冷却系统的供水压力及流量,并进行台架调试验证.结果表明:优化后的发动机热试台架冷却系统可以实现台架冷却循环系统供水压力及流量的自动调节,控制供水压力和流量随发动机工况变化及时响应并稳定在目标范围内,保证发动机测试系统的稳定性及可靠性.
针对某装载机发动机消声器系统排气接管断裂漏烟问题,利用锤击法进行模态试验,试验数据与有限元仿真计算结果对比表明:系统1阶、2阶模态频率仿真与试验结果相对偏差均较小,模态振型均一致,消声器系统1阶模态频率较低,共振风险较高,容易造成零部件断裂.通过对比模态振型,确定在消声器与缸盖连接支架上增设加强筋,改进消声器本体支架外形结构的方案,并进行仿真对比分析.结果表明:该装载机消声器连接支架只增加加强筋,系统模态频率的变化较小;连接支架增设加强筋并改进消声器本体支架外形结构,可提高系统1阶、2阶模态频率,降低消声器系统共振风险,解决排气接管断裂故障.
为解决自动导向运输车(automated guided vehicle,AGV)车架在使用中出现裂纹的问题,基于Solidwork建立车架有限元模型,采用Hypermesh对车架弯曲工况、扭转工况、转弯工况、制动工况进行静力学分析,确定危险工况及应力集中部位;增加车架中间纵梁、第3横梁、第6横梁的槽钢厚度,在第3横梁、第6横梁与纵梁交叉处设置加强筋,并对优化后车架的扭转工况、转弯工况进行静力学分析和模态分析.结果表明:优化后车架的扭转工况和转弯工况的最大应力均降低,安全因数符合设计要求;优化后车架不再发生低频共振,解决车架裂纹故障.
设计氢燃料电池-锂电池混合动力系统,利用AVL-CRUISE软件构建整车动力系统模型,基于新欧洲行驶测试循环(new European driving cycle,NEDC)对氢燃料电池各主要部件功耗、氢燃料电池性能、锂电池性能、氢燃料电池进气流量进行仿真验证系统的经济性和合理性.结果表明:NEDC全工况下,各部件中空压机的功耗最大,且与车速正相关;全工况耗氢量为0.089 kg,总行驶里程为10.926 km,耗氢量较低,经济性较好;氢燃料电池堆内工作温度为66～77℃,符合60～80℃的温度要求;锂电池在城市工况输出功率占比大于郊区工况输出功率占比;氢气过量系数为1.1～1.5,满足动力系统不同功率输出要求;实际空气流量与设定目标接近,控制效果较好.
为提高NOx传感器的测量准确性,采用不同工况的正交试验和排气均匀性仿真建模,分析不同布置位置下NOx传感器的测量偏差及原因,研究不同位置下的NOx传感器的测量准确度.结果表明:NOx传感器应布置在混合气流较均匀的位置且在涡后自氧化催化器前至尾管后的排气管路上;沿尾管随气流方向越靠后的位置,测量准确度越高;气流分布不均匀是影响NOx传感器测量准确度的主要因素.
为降低机油泵噪声,以某中速大功率船用柴油机齿轮机油泵为研究对象,从机械噪声、困油噪声和流量脉动噪声3个方面分析噪声原因;优化机油泵结构,对优化后机油泵进行噪声测试和噪声级别评价.通过拆检机油泵和机油泵噪声测试,确定机油泵噪声为困油噪声和由流量脉动引起的阶次噪声.优化机油泵结构,在进、出油腔处分别增加补油槽和U型卸荷槽,并增大进、出油道横截面积.噪声测试结果表明,优化后机油泵额定转速下噪声下降2.2 dB,效果明显,噪声级别为C级.在不改变机油泵流量和压力的情况下,优化机油泵内部结构,可以降低机油泵噪声.
对核电站柴油发电机组进行选型设计以确保核电站运行安全.明确应急发电机组选型要求,根据2套柴油发电机组加载负荷的顺序和容量,按负荷计算、分步加载计算、核电站设计推荐的发电容量中的最大者为依据选择发电机型号,以电压降为指标对发电机进行校核;以ISO 3046推荐的方法确定柴油机的额定功率及核电站设计要求功率的较大者为依据选择柴油机型号,并以首次可加载功率为指标进行校核.计算结果表明:发电机组的电压降为18.32％,满足电压降不大于20％的要求,柴油发电机组的首次加载功率大于发电机组的首次加载功率,满足选型要求.
1研究背景 氨是零碳燃料和氢载体,载氢密度高,易液化,易储运,成本低,基于氨能源实施"能源革命-燃料革命-动力革命"的新型能源交通融合一体化,成为全球交通运输装备碳中和科技创新的重要方向,发展基于氨氢融合零碳燃料重型运输装备动力系统,替代传统高碳排放内燃机,成为世界科技前沿及重要新兴科技方向.
为解决某沿海拖轮主机合排过程中冒黑烟问题,通过分析确定主要原因为喷油器过度喷油和增压器响应慢导致的燃烧不完全.采取加装限油装置、优化增压器和凸轮轴等措施,将单增压器改为双增压器,增压器转子转动惯量从0.437 kg·m2减小至0.046 kg·m2,将排气门开度增大15°、进气门关闭角减小25°、气门重叠角减小20°,将气门最大升程减小9％,通过台架突加负荷试验和实船试验对优化方案进行验证.台架试验结果表明:转速为350、400、450 r/min时,优化后的突加功率较原机分别提高11.1％～27.3％,转速恢复时间缩短25％～48％,突加负荷时冒烟现象明显改善.实船验证结果表明:柴油机排气烟色肉眼几乎不可见,转速恢复时间大幅缩短,冒烟时长由21s缩短至9 s,冒黑烟及响应慢的问题得到解决.
为快速评价增压器瞬态响应性,以汽油发动机的电磁阀气动式旁通控制的涡轮增压器为例,从发动机标定参数、外围相关零部件及装配、增压器运动机构迟滞三方面分析影响涡轮增压器瞬态响应的主要因素,提出转矩斜率台架快速评价方法.结果表明:采用比例积分微分(proportional integral differential,PID)预控策略,电磁阀占空比偏置为2.5％～5.0％对增压预控的结果影响较大;增压系统积分时间常数偏差系数大于0,增压压力有欠调趋势;增压系统积分时间常数小于0,增压压力有超调趋势;废气旁通阀关闭裕度比较适宜的区域为-0.05～0.20 mm;转矩斜率方法操作性强,可在发动机台架上快速评价增压器瞬态响应性能.
为解决某船用柴油机机油中含碳量过高导致的早期老化现象,模拟实际作业工况对该柴油机进行仿真分析及台架试验,确定造成机油早期老化的主要原因为柴油机长期低速高负荷运行,导致缸内燃烧不良,柴油的不完全燃烧产物污染机油;其次,柴油机热负荷过高、机油温度过高,加剧机油老化.通过减小喷油器喷孔直径和增加喷油器喷孔数量,以改善缸内燃烧;通过提高齿轮箱速比,提高柴油机转速,以降低热负荷.改进后进行仿真分析及台架试验验证,结果表明:喷油器改进后,排气烟度及燃油消耗率均下降,柴油机低速燃烧性能改善;齿轮箱速比改进后,缸内燃气热力学温度及燃气传递给活塞顶面的热量均明显下降,柴油机热负荷明显降低.优化后的柴油机进行台架耐久试验及性能试验,结果表明:机油中碳的质量分数及机油黏度升高速率减小,燃油消耗率降低,排放烟度降低,活塞漏气量减少,机油温度降低,优化措施有效解决柴油机机油早期老化问题.
为提高燃料电池极板机械强度,对平行流道极板结构进行优化,在流道中设置不同高度和不同排布方式的凸台;通过计算流体力学和有限元方法对极板进行热-机耦合仿真,以Fluent软件求解得到极板的温度场为热边界条件,将其导入Abaqus软件中进行有限元仿真,得到热-机耦合应力分布,分析不同流道结构极板的机械强度.仿真结果表明:在流道中设置凸台可以明显改善极板的温度分布和应力分布;凸台交叉排布的极板的温度均匀性较好、最大应力较小;凸台越高,极板的刚度越大、变形越小.
氢内燃机兼有传统内燃机和燃料电池的优点,应用场景广阔,是推动传统内燃机各种应用领域升级转型、助力碳达峰碳中和的重要载体.北京理工大学氢内燃机课题组自2006年起建立了中国第一个氢内燃机研究开发平台,并开始氢内燃机相关技术的研究开发,相继突破了进气增压匹配、异常燃烧控制、NOx排放控制等技术瓶颈,提出氢内燃机性能改进的技术方案,如图1～4所示.
为提高发动机的热效率和降低排放,采用仿真分析及台架试验,分析挤流比、涡流比、米勒强度、点火能量和废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)率5个因素对某天燃气发动机性能的影响.结果表明:发动机挤流比为0.46时,燃烧速率最快、热效率最高、CH4排放最低,但NOx 排放较高;大涡流比可使燃烧更快速充分,发动机热效率更高,尤其在转速较低时影响更明显;米勒强度越大,压缩终点缸内环境温度越低,燃烧速率越慢,但由于压缩功降低,热效率略有下降,THC排放大幅升高,NOx 排放大幅降低;提高点火能量,热效率升高,NOx排放升高,THC排放降低,低负荷条件下影响更明显;EGR率越大,燃烧温度越低,传热和排气损失越少,热效率升高,NOx排放降低,THC排放升高.
