低粘度代用燃料对柴油机供油系统润滑性能的影响研究

摘要

为了缓解我国的能源危机和环境保护压力，内燃机行业的研究重心逐渐转向代用燃料，越来越多的研究机构利用新技术将天然气和LPG等代用燃料应用到了内燃机上，一定程度上实现了内燃机的节能减排。但生物柴油、甲醇、F-T柴油等在柴油机上的应用还处于研究阶段，在使用过程中也存在一些问题，如低粘度的F-T柴油在柴油机上应用的过程中就会造成发动机供油系统精密偶件的磨损和泄漏等问题，影响柴油机的正常工作。
　　本文根据流体润滑理论和环形缝隙液流理论，阐释了柴油机精密偶件的密封与润滑机理;探究了柴油机喷油泵三大精密偶件的磨损特征及其磨损后对喷油规律的影响;推导了柱塞偶件发生偏心与偏斜时，燃油经环形缝隙泄漏量的一般方程。
　　本文对F-T柴油在喷油泵中应用进行了仿真与实验研究，结果表明:在柱塞倾斜往复运动时，环形间隙的泄漏量要比燃用纯柴油时大两个数量级;F-T柴油喷油泵运行100小时后，泵端和嘴端压力与试验前相比最大降幅达65.8％;显微镜扫描结果显示柱塞头部与裙部磨损严重。
　　基于低粘度燃料（F-T柴油）在柴油机中应用时会引发燃油供给系统精密偶件的磨损和泄漏的问题。本文利用摩擦学原理，对偶件的结构进行改造，采用发动机润滑油（机油）对其表面进行润滑，以延缓精密偶件的磨损，同时润滑油还能起到密封的效果。基于环形缝隙流场流动的复杂性，本文采用CFD软件Fluent多相流模型VOF对带强制润滑的偶件环形间隙设计了正交试验，对流场进行仿真，得到带有强制润滑的环形缝隙的流场特征和环形间隙内的泄漏量及偶件表面间的摩擦力。结果表明带强制润滑的偶件环形间隙内的泄漏量要比不带强制润滑的泄漏量小。
　　本文还设计了带强制润滑的低粘度燃料供油系统的喷油泵试验台，经过100h的耐久性试验，对喷油压力、供油系统的泄漏量，进行了分析研究。通过喷油泵柱塞偶件与泵端、嘴端在磨损前后压力的变化，分析其磨损程度。试验结果表明:随试验时间的延长喷油压力基本不变;泵端压力峰值逐渐下降，后又趋于稳定，高转速时降幅明显;嘴端压力峰值相对比较稳定。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 低粘度燃料在发动机上的应用

1．2．1 甲醇

1．2．2 柴油机上应用甲醇

1．2．3 F-T柴油的制取与特点

1．2．4 F-T柴油的国内外研究现状

1．2．5 柴油机上燃用F-T柴油存在的问题

1．3 课题的提出

1．4 本文主要研究内容

第二章 柴油发动机精密偶件磨损和泄漏研究

2．1 柴油机燃油供给系统简介

2．2 燃油供给系统精密偶件的磨损

2．2．1 精密偶件柱塞的磨损特征

2．2．2 偶件柱塞磨损的主要原因

2．2．3 出油阀偶件的磨损特征

2．2．4 针阀偶件的磨损特征

2．3 精密偶件磨损对供油特性的影响

2．4 柱塞环形间隙的润滑理论

2．5 柱塞环形缝隙泄漏的理论研究

2．5．1 理论计算公式的推导

2．5．2 环形缝隙泄漏的湍流理论研究

2．6 本章小结

第三章 低粘度燃料在柴油机中应用的模拟与实验研究

3．1 FLUENT概述

3．2 流体仿真模型的建摸

3．2．1 模型流态的判断

3．2．2 计算条件和边界条件

3．2．3 边界条件

3．3 CFD仿真结果分析

3．4 F-T柴油供给系统的实验研究

3．4．1 仪器设备

3．4．2 喷油压力分析

3．4．3 泵端压力测试

3．5 显微镜扫描表面分析

3．6 本章小结

第四章 强制润滑理论及其仿真与模拟研究

4．1 采用新型的柱塞偶件

4．1．1 新型柱塞偶件

4．2 带强制润滑柱塞偶件的模拟仿真

4．2．1 正交试验方法的概述

4．2．2 正交试验的设计

4．3 CFD仿真结果与分析

4．3．1 流场可视化分析试验

4．3．2 CFD仿真结果的正交分析

4．4 强制润滑供给系统概述

4．5 耐久性测试试验

4．5．1 试验方案

4．6 实验结果

4．6．1 泵端压力的测试

4．7 本章总结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文