基于熱機(jī)耦合的柴油機(jī)活塞系統(tǒng)敲擊噪聲與潤滑研究及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、“能源”與“環(huán)境”是21世紀(jì)車用發(fā)動機(jī)產(chǎn)業(yè)的兩大研究主題,其中,發(fā)動機(jī)的噪聲和排放控制已經(jīng)成為社會普遍關(guān)注的挑戰(zhàn)性問題之一。發(fā)動機(jī)工作過程中活塞敲擊噪聲是主要的機(jī)械噪聲源之一,活塞環(huán)潤滑導(dǎo)致的機(jī)油消耗以及由此竄入氣缸內(nèi)的機(jī)油燃燒對排放有重要影響。因此,本文結(jié)合一款國產(chǎn)車用柴油機(jī),通過理論研究、臺架試驗和虛擬設(shè)計等手段,考慮熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷,對活塞敲擊噪聲產(chǎn)生機(jī)理、活塞環(huán)—缸套潤滑特性、缸內(nèi)機(jī)油消耗機(jī)理、以及活塞及活塞環(huán)的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了深

2、入細(xì)致的研究。
　　在活塞敲擊噪聲研究和低敲擊噪聲活塞優(yōu)化設(shè)計方面,首先對活塞進(jìn)行熱機(jī)耦合分析,研究活塞在熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷共同作用下的應(yīng)力和變形,然后將其代入活塞—連桿—曲柄機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型,逼近發(fā)動機(jī)實際工作狀態(tài),求解動力學(xué)模型得到活塞對缸套的敲擊力;建立整機(jī)的有限元模型并結(jié)合模態(tài)試驗進(jìn)行模型修正,計算整機(jī)在活塞敲擊力下的動力學(xué)響應(yīng),利用邊界元方法分析活塞敲擊噪聲;最后以降低活塞敲擊噪聲為目標(biāo),以減小活塞對缸套的敲擊力為優(yōu)化途徑,

3、利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對活塞銷偏置、裙部中凸點位置和配缸間隙等結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計;結(jié)果顯示優(yōu)化后的活塞敲擊力與敲擊噪聲顯著降低;分別進(jìn)行優(yōu)化前后整機(jī)振動噪聲試驗,結(jié)果表明優(yōu)化后的氣缸處機(jī)體表面振動明顯降低,這對降低活塞敲擊噪聲、提高活塞及缸套的使用壽命具有積極意義。
　　在活塞環(huán)—缸套潤滑特性研究、缸內(nèi)機(jī)油消耗研究和低機(jī)油消耗活塞優(yōu)化設(shè)計方面,在流體潤滑理論基礎(chǔ)上,考慮空穴效應(yīng),建立活塞環(huán)—缸套的二維潤滑控制方程,運用控制體積質(zhì)量守恒原理

4、求解方程,計算并分析了包括空穴區(qū)域在內(nèi)的潤滑油膜壓力分布、密度分布和空穴效應(yīng)對最小油膜厚度和摩擦力的影響;建立基于缸壁蒸發(fā)、頂環(huán)開口竄油、頂環(huán)甩油和活塞頂岸刮油四種模式的缸內(nèi)機(jī)油消耗模型,計算缸內(nèi)機(jī)油消耗量,分析不同運行工況、活塞環(huán)閉口間隙和切向彈力對缸內(nèi)機(jī)油消耗的影響規(guī)律;以低機(jī)油消耗為目標(biāo),利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對活塞環(huán)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計;同優(yōu)化前計算結(jié)果相比,優(yōu)化后的活塞環(huán)明顯降低了缸內(nèi)機(jī)油消耗量;進(jìn)行優(yōu)化前后柴油機(jī)機(jī)油消耗試驗,結(jié)果表明優(yōu)化