以一款非道路高压共轨柴油机为研究对象,结合活塞温度场试验研究,建立了活塞组件运动学模型。着重研究了不同配缸间隙、开口端倒角对柴油机窜气量及缸内润滑油消耗的影响规律,运用响应曲面法分析了活塞环开口间隙对窜气量的影响,在此基础上对顶环及二环开口间隙参数进行优化,得到最优解。分析结果表明:配缸间隙的增大使得润滑油消耗增大,最大增幅为7.54%,配缸间隙对窜气量影响较小。顶环开口端倒角对窜气量影响较为明显,顶环开口端倒角从0增加到1 mm,窜气量增大13%。顶环及二环开口间隙对柴油机窜气量影响具有线性关系,油环开口间隙对柴油机窜气量影响较小。顶环开口间隙0.42 mm、二环开口间隙0.48 mm为最优解,此时窜气量为13.11 L/min。

为进一步提升柴油转子发动机的性能,对柴油转子发动机缸内燃烧过程进行了研究。此外,考虑到转子发动机在实际工作过程中难以避免的径向泄漏,建立了一种考虑径向密封泄漏的周边进气转子发动机三维动态计算模型,并对模型进行了验证。结合该计算模型,研究了柴油喷射时刻和喷射持续期对燃料分布及燃烧过程的影响。结果表明:当喷射时刻为上止点前80°曲轴转角且喷射持续期为50°曲轴转角时可获得较好的燃烧和排放特性。与原方案相比,缸内峰值压力提升了11.38%,碳烟和CO生成量分别降低了78.71%和92.72%,NOx和CO2生成量有所增加。

柴油机铸铁气缸套加工质量要求提高后,在气缸套外壁表现出大量黑斑缺陷,导致废品率上升。以缸套黑斑为研究对象,通过对比实验的方法,对大中型气缸套黑斑缺陷的产生原因进行系统研究,从孕育剂、浇注速度、组织硬化、冷却凝固条件、加工工艺和离心机主轴振动等方面,研究了黑斑缺陷的形成机理。结合黑斑缺陷形成的机理,提出了有效防控措施。结果表明,冷却凝固条件和离心机主轴异常振动直接影响黑斑缺陷的形成;黑斑缺陷显著下降,气缸套铸造废品率恢复正常。