2100T二甲醚发动机的活塞设计说明书

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[发动机活塞销工艺方案及开发可行性论证(完整版)]

[发动机活塞销工艺方案及开发可行性论证（完整版）]发动机活塞销工艺方案研究及开发可行性论证一、概述1、功用：活塞销是发动机中的重要零件。

用于连接活塞和连杆，具有光滑、坚硬的外表面的精密圆筒形零件。

并将活塞所承受的气体压力、惯性力传递给连杆。

因此本身要有足够的强度、刚度、耐磨性、抗疲劳性。

2、连接形式：活塞销与活塞、连杆的连接结构简图，见图1. 图1 二、技术要求1、材料：应采用GB699所规定的20钢或采用GB3077所规定的15Cr、20Cr、20Mn2钢。

允许采用物理、机械性能不低于上述材料的其它合金钢。

2、结构：见图2. 按销孔类型分__ 圆筒型中央连皮型锥孔型机加工型无缝冷拔钢管型端部连皮型图 2 按制造形式分__ 机械加工成型冷挤压成型无缝冷拔钢管型冷挤压成形中间连皮型3、硬度：活塞销外圆表面硬度应为58～64HRC，有体积稳定性要求的，其外圆表面硬度应为56～64HRC。

同一活塞销上的硬度差应小于或等于3个单位。

4、表面粗糙度：外径小于或等于50mm 的活塞销的外表面粗糙度，Ra为0.16μm. 外径大于50mm 的活塞销的外表面粗糙度，Ra为0.25μm. 5、活塞销应探伤检查，并符合NJ327的规定。

其它技术要求详见JB/T8118-1997(内燃机活塞销技术条件)。

三、活塞销的制作工艺路线活塞销制造形式分类，见表1. 表 1 制造代码允许制造方式机械加工冷挤成形冷挤成形中央连皮型无缝冷拔钢管型P1 √ √ √ √ P2 √ √ √ × P3 × √ √ × P4 √ √ × × P5 × √ × × P6 √ × × × 注：√ 是；× 非从活塞销的制造形式来看。

纯机械加工的方式，因材料利用率、加工生产效率相对较低，制造成本高，不适于大批量生产。

对于冷挤压成型和冷拔钢管成型这两种方式应用普遍。

2100T整机优化设计说明书

内燃机设计与优化课程设计说明书学院求是学部专业热能与动力工程年级2010级姓学号30102181542014 年3 月25 日2100T柴油机主要技术参数设计与优化摘要：为了研究柴油机结构参数和运行参数对整机性能的影响，用发动机工作过程仿真软件GT-power对2100T柴油机进行了建模和模拟计算。

改变压缩比、喷油提前角及配气相位等参数，比较了不同参数下发动机转矩、功率、油耗、缸内燃气最高压力等性能参数，选定了最优化的参数组合。

利用优化后的参数再次进行工作过程仿真，通过对比其整机性能参数发现，优化后的柴油机动力性、经济性均有所提高。

关键词：柴油机性能；优化设计；GT-power；压缩比；配气相位、喷油提前角1.2100T柴油机简介2100T柴油机为我国70年代左右的产品。

该柴油机是100系列的柴油机之一，为立式水冷四冲程柴油机。

具有工作可靠性能好，结构紧凑，经济指标低，寿命长，使用方便等特点。

移动式，可做拖拉机动力。

其主要技术参数如下：缸径100mm ；冲程120mm；压缩比16 ；额定功率18.4kw ；额定转速2000r/min ；比油耗<=252g/kw.h；1）外形布置特点2100T型柴油机结构紧凑，外廓尺寸不大。

其外形布置的特别之处主要在于进排气门的两侧布置和供油系统和电启动系统的分开布置。

2100T型柴油机为顶置式气门机构。

与侧置式相比，结构较为复杂，零件数目较多，在高速往复运动中，使震动和噪声增加，可靠性降低。

但在高压缩比的柴油机中，侧置式气门布置在结构上难以实现，必须采用顶置式。

2）主要零部件结构特点a)活塞连杆组活塞连杆组由活塞、活塞环、活塞销、连杆螺栓、轴瓦等组成。

i.2100T柴油机活塞顶部有一浴盆形深坑，活塞头部加工有安装活塞环的活塞环槽，活塞裙部较长和受侧向里，活塞呈椭圆形。

ii.活塞环包括三道气环及一道油环。

第一道气环内侧有挖槽，安装时有挖槽的一面必须朝上；第二、三道气环外侧有挖槽。

二甲醚操作规程

二甲醚操作规程1.开车步骤1.1 汽化塔开车1.1.1 通知甲醇精馏或甲醇罐区作好二甲醚开车的送料准备。

1.1.2 开启甲醇罐V2901的进料阀门,打开FIQ2900前后截止阀关闭其旁路阀，给 V2901送入原料甲醇.1.1.3当V2903的液位LIA2901达到67%时,启动甲醇进料泵P2901A(B)给汽化塔T2901送甲醇.1.1.4当T2901塔釜出现液位时,打开汽化塔再沸器E2901蒸汽进出口阀门,用低压蒸汽给T2901塔釜加热.1.1.5当T2901塔釜温度TI2903达到125℃~130℃,PI2901>0.5MPa时,打开塔顶安全阀旁路阀,放走塔内的氮气.1.1.6当T2901塔釜液位LICA2902达到50%时,适当减少进料量,加大E2902的蒸气量,1.1.7当塔顶温度TI2902达到125℃时,打开开工加热器E2901的蒸汽进出口阀,投用E1901;打开流量计FI2903,甲醇蒸汽通过E2903,E2901过热后送往反应器R2901.1.1.8向R2901供甲醇蒸汽后,逐渐加大进料量,是出塔温度TI2902稳定在125℃~130℃,LICA2902在50%~60%,当全系统操作稳定后,将TDIC2901/FIC2902分别设定20℃,1820Kg/h投自动.1.2 反映器开车1.2.1通过调整开工加热器E2901蒸汽量,使进入R2901顶部的甲醇蒸汽温度TI2905达到240℃~280℃.1.2.2出R2901的甲醇蒸汽经过开工冷却器E2910冷却后,返回V2901当床层温度达到240℃时,脱水反应才开始进行.1.2.3当R2901一段床层出口温度TI2908达到300℃∽380℃打开FI2904给二段床层送入冷激气体,并调节TI2908稳定在240℃~280℃,出口温度TIA2910稳定在300℃∽380℃1.2.4当R2901压力PI2904达到0.5MPa,再打开R2901产品气出口阀门,使反应气通过气体换热器E2902甲醇换热器E2904,粗甲醇冷却器E2901冷却后进入粗甲醇储罐V2902同时关闭R2901出口气去V2910的阀门1.2.5当气体换热器出口的甲醇蒸汽温度达到240℃~280℃,打开V29053阀,关闭E2910的甲醇蒸汽进出口阀,停开工加热器E29101.2.6当反应器各段温度,流量都达到设定值且稳定后,将TIC2906设定260℃,TIC2905设定260℃投自动.1.3醇洗塔开车醇洗塔T2902的操作必须再精馏塔(T2903)尾气进入T2902前开始.1.3.1打开醇洗塔进甲醇阀门FV2905,调节其流量FIC2905到设定值0.34m /h.1.3.2打开V29101(T2903尾气进入T2902后阀门)阀,让T2903产生的尾气进入T2902.1.3.3根据生产负荷调整FIC2905,使T2902放空尾气分析(A2907)中的CH3OCH3,CH3OH含量达标1.3.4醇洗塔压力通过PV2909调节,当T2902操作稳定后,将PICA2909设定0.9MPa投自动1.4 精馏塔开车1.4.1打开精馏塔冷凝器E2907产品冷却器E2908的冷却水进出口阀;打开回流液流量计FIT2908进出口阀.1.4.2打开V2902出口阀通过调节进料阀FV2906开度,让物料缓慢进入T29031.4.3当T2903塔釜液位LICA2905达到20%时,打开精馏塔再沸器E2906的蒸汽进出口阀,用低压蒸汽给T2903塔釜加热.1.4.4当粗甲醚罐V2902的压力PI2905和T2903压力PIC2907相当时,启动P2903A/B1.4.5当T2903塔釜液位LIVA2905达到50%时,适当加大E2906蒸汽量,减少T2903进料量.1.4.6当T2903塔顶温度TI2914有明显上升时,打开回流阀FIT2908,继续升温至塔顶有回流液,让T2903处于全回流状态.1.4.7当FIT2908达到设定值9.44m3/h,塔压PIC2907达到0.9MPa,塔顶温度TI2914达到45℃时,开始在A2905对塔顶产品和釜液进行分析,根据分析结果不断调整工况,直到合格稳定后维持全回流一小时.1.4.8开启产品冷却器E2908冷却水进出口阀,开启产品采出口阀,产品计量罐V2904A(B)平衡阀及压力调节阀PV2908的前后截止阀……缓慢开启采出阀FV2909和FIT2909.1.4.9适当开启T2903釜液排出阀LV2905,控制液位稳定,并不断分析,使采出产品和釜液达标.1.4.10逐渐加大蒸汽量进料量,调整塔的液位.温度.压力.回流都达到设定值并稳定后,将FIC2910、LIVA2905设定50%投自动。

二甲醚自由活塞HCCI发动机工作过程的仿真研究的开题报告

二甲醚自由活塞HCCI发动机工作过程的仿真研究的开题报告一、研究背景自由活塞发动机是一种独特的发动机结构，其特点是没有连杆和曲轴，活塞直接与传动机构相连。

该结构的优点在于其可以实现高效率、高功率输出以及低排放。

近年来，随着环保和节能要求的提高，HCCI （Homogeneous Charge Compression Ignition，均质混合气压缩点火）技术得到了广泛关注。

HCCI技术是将混合气压缩到火花点火的自然自燃点，从而实现高效率低排放。

由于HCCI技术需要严格控制混合气的燃烧过程，因此需要对发动机的工作过程进行深入研究。

本研究将以二甲醚为燃料，研究自由活塞HCCI发动机的工作过程。

二、研究目的本研究旨在通过数值仿真的方法，研究二甲醚自由活塞HCCI发动机工作过程，探究其燃烧过程、排放特性等问题，并分析影响发动机性能的因素，为HCCI技术的发展做出贡献。

三、研究方法本研究将采用基于AVL BOOST平台的数值仿真方法，建立二甲醚自由活塞HCCI发动机数学模型，模拟发动机的工作过程。

具体而言，研究将围绕以下方面进行：1. 建立二甲醚自由活塞HCCI发动机数学模型。

在模型中，将考虑发动机的几何结构、工作流程、燃料喷射、燃烧过程等因素，并通过实验数据对模型进行验证。

2. 分析发动机的燃烧过程。

采用数值模拟方法，研究发动机喷射过程、混合气的形成和燃烧过程等关键问题，探究发动机的最优工作参数。

3. 分析发动机的排放特性。

针对发动机的排放问题，研究其不同工作参数对排放物的影响，并进一步寻找排放物减少的途径。

四、预期成果通过本研究，可以得到二甲醚自由活塞HCCI发动机的数值模拟结果，对二甲醚在HCCI发动机中的应用和发动机性能的优化有着一定的研究价值。

同时，研究还可以为HCCI技术的发展和完善提供参考和借鉴。

New Bora_2008_2.0L四缸两气阀汽油发动机维修手册

15 - 气缸盖、气门机构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 拆卸和安装气缸盖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 安装概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 拆卸和安装张紧齿形皮带 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 检查半自动齿形皮带张紧轮 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 拆卸和安装气缸盖 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 检测气缸压力 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 修理气门机构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 安装概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 气门尺寸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 修整气门座 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 检查气门导管 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 更换凸轮轴油封 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 拆卸和安装凸轮轴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

二甲醚发动机用直列隔膜式燃料泵凸轮机构设计

ＣＨＥＮＹｉｎ，ＺＨＥＮＧＡｎ－ｗｅｎ，ＧＵＯＪｉａｎ－ｚｈｏｎｇ，ＬＶＴｉａｎ－ｈａｏ，ＺＨＡＮＧＧｕａｎｇ — ｄｅ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍｏｂｉｌｅａｎｄＴｒａｆｉｆｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｕｂｅｉＷｕｈａｎ４３００８１，Ｃｈｉｎａ）
趋近于恒流量。进一步运用“ 解析法” ，在ＣＡＸＡ软件中精确生成了凸轮实际轮廓曲线，利用Ｐｒｏ／Ｅ软件建立了凸轮轴的三
维造型，为后续研究奠定了基础。
关键词：二甲醚；直列隔膜式燃料泵；凸轮机构；设计中图分类号：ＴＨ１６；ＴＫ４６４文献标识码：Ａ文章编号：１００１ — ３９９７（２０１３）０６ — ００５８ — ０４
ｅｔｈｅｒｅｎｇｉｎｅ，ｔｈｅＣ０２ｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｉｓｐｕｍｐ，ｓｉｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｐｌａｎｃｌｒｃｏｌｎｅｃｍｈｎｉａｓｍｗｉｔｈｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎｌａｒｏｌｌｅｒｆｏｌｌｏｗｅｒ，ｌａｏｎｇｔｈｅａｘｉｓ，ｓｉｃｈｏｓｅｎ，ｎｄａｔｈｅｐｌｕｎｇｅｒｏｂｅｙｓｔｈｅｉｆｆｔｈｄｅｇｒｅｅｒｅｖｉｓｅｄｉｓｏ－ｖｅｌｏｃｉｔｙｍｏｔｉｏｎｌａｗ，ＳＯｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃｌａｍｏｄｅｌｆｗｏｈｉｃｈｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍｏｔｉｏｎｌａｗＣｌＬｌｎｄｅｓｆｔｏｈｅｐｌｕｎｇｅｒａｎｄｉｒＬｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ１ ‘ ｊｃｕＦｖｅｆｔｏｈｅｐｕｍｐｏｓｅａｃｈｉｅｖｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅＭＡＴＬＡＢｓｏｆｔｗａｒｅ，ｗｈｉｃｈＣｎａｅｎｓｕｒｅｔｈｔａｔｈｅｃａｍｍｅｃｈｎｉａｓｍｗｏｒｋｓｓｔｅａｄｉｌｙｗｉｔｈｎｏｉｍｐｃｔａ，ｎｄａｌｏｆｗｐｕｌｓｔａｉｏｎ

100kta二甲醚初步工艺设计说明书

化工过程及CAD课程设计说明书100kt/a二甲醚生产工艺初步设计姓名：学号：班级：100kt/a二甲醚生产工艺初步设计摘要：本设计首先查阅了相关文献与国家的相关规定，初步了解了二甲醚的相关性质、用途及未来的发展前景，进行了二甲醚生产工艺全流程分析，确定了本次设计的二甲醚的生产工艺的基本流程。

本设计选用甲醇气相催化脱水法制取二甲醚。

采用Aspen plus进行了全流程的模拟分析与计算，确定了最终的工艺参数。

并对其流程中的二甲醚分离的精馏塔进行了塔体主要工艺尺寸的设计计算与灵敏度分析。

关键词：二甲醚、甲醇、精馏塔、流程模拟、Aspen Plus1.设计要求题目：100kt/a二甲醚生产工艺初步设计年产量：100kt要求：二甲醚纯度不小于98％年工作时间：330天原料规格：工业级甲醇，甲醇含量≥91％，水含量≤9％。

2.文献调研2.1二甲醚性质和用途二甲醚作为新型清洁能源，以其优良的理化性质和广泛的用途，成为未来很有发展前景的新型能源及化工生产原料。

2.1.1二甲醚的性质二甲醚（Dimethyl ether，简称DME）是最简单的脂肪醚，它是两分子甲醇，分子经催化脱水缩合而成的衍生物，是乙醇的同分异构体，分子式为OHC62量为46.07。

二甲醚带有轻微醚香味，通常情况下为气体或压缩液体，无毒、无腐蚀性，在空气中长期暴露不会形成过氧化物。

易溶于汽油、四氯化碳、丙酮、氯苯、乙酸甲酷等多种有机溶剂，在汽油中的溶解度（25％）为7.0％（wt）。

加入少量助剂就与水互溶，20℃时，约0.49MPa下，二甲醚在水中的溶解度为35.3％（wt），同时良好的水溶性、油溶性，使得其应用范围大大优于丙烧、丁烧等石油化学品。

常温下，二甲酸蒸汽压为0.6MPa，性质与液化石油气相似，对臭氧层无损害，是一种重要的有机化工产品。

但二甲醚又是一种弱麻醉剂，它的迷麻效力只是乙醇的左右，可经呼吸道、消化道、皮肤侵入人体，对皮肤和呼吸有刺激作用，对神经系统有影响，长期接触会使皮肤发红，水肿，生疱。

毕业设计说明书(喷油泵试验台)

绪论二甲醚是一种无色、无毒、无致癌性、腐蚀性小的产品，常温下蒸气压力为0.5MPa，同等温度下，二甲醚的饱和蒸气压低于液化气，储存运输比液化石油气更安全，并且燃烧性能好，热效率高，燃烧过程中无残渣、无黑烟，CO、NO排量低，二甲醚还可掺入石油液化气、煤气或天然气混烧并能提高热量，≥95％二甲醚可直接作为替代液化气的燃料使用。

所以，它将可能是取代液化气的一种理想的清洁燃料。

≥99％的二甲醚可直接作为汽柴油车燃料或掺入汽柴油中使用。

二甲醚作为汽车燃料的优点：(1)二甲醚燃料具有高效率和低污染的优点,无需任何废气循环和处理装置，碳烟排放为零，可实现无烟燃烧；并可降低发动机噪音10分贝以上，所排放尾气无需催化转化处理就能满足美国加利福尼亚有关汽车超低排放尾气的标准(ULEV，是世界上最严格的尾气排放标准之一)。

(2)二甲醚液化后直接用作汽车燃料，其燃烧效果优于甲醇燃料，除具有甲醇燃料所具有的优点外，还克服了其低温起动性能和加速性能差的缺点。

(3)常规发动机代用燃料如液化石油气、天然气、甲醇等的十六烷值都小于10，只适用于点燃式发动机；而二甲醚的十六烷值大于55，与柴油相比，二甲醚的十六烷值高27％，可直接压燃，具有优良的压缩性，燃烧性能更好，并且其机械性能良好，发动机爆发力大，适合于压燃式发动机。

因此是柴油的理想替代燃料。

(4)与液化天然气相比，二甲醚的理论空气量、烟气量比液化天然气分别低38％和37％，而理论燃烧温度、混合热值又比液化天然气分别高8.7％和7.4％，并且在贮存、运输和使用上比液化天然气更安全。

二甲醚作汽车燃料的缺点：(1)常规技术二甲醚的生产成本略高于柴油(目前国产二甲醚量不大,规模小,价格约是甲醇的一倍,需改进工艺流程,采用新工艺，扩大规模,降低成本);(2)在柴油机上用二甲醚,需对气态二甲醚加压,使其变成液态,需增加设备及控制措施.另外,需对加气站进行必要的改造,才能推广使用;(3)柴油机燃用二甲醚的一些技术难点.如:二甲醚的粘度较柴油低,需加入添加剂使其粘度接近柴油;二甲醚对金属无侵蚀性,但对橡胶等有不利影响等等;二甲醚对喷油器的影响二甲醚的粘度较柴油低，在柴油机上用二甲醚做代用燃料时，喷油器在使用过程中常出现磨损加快，造成喷油雾化不良，燃烧恶化，引起柴油发动机排出浓烟和燃烧室内积炭迅速增加，出现不应有的敲击声、怠速运转不良、起动困难．若针阀圆往度误差增大，燃油喷射和燃烧室形状不相适应；阀杆磨损加剧后，将造成回油量增加，供油量减少或滞后，柴油发动机功率不足。

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毕业设计说明书题目:2100T二甲醚发动机的活塞设计学院(直属系):交通与汽车工程学院目录摘要 (3)Abstract (3)1 绪论 (4)1.1 车用新型燃料概述 (4)1.2 二甲醚作为代用燃料的优势 (5)1.3 本课题选题意义及目的 (9)1.4 设计的主要容及工作 (9)2 发动机工作过程计算 (11)2.1 本课题2100T二甲醚发动机原始参数 (11)2.2 二甲醚发动机工作过程计算 (11)3 活塞组设计 (14)3.1 活塞材料选择 (14)3.2 活塞结构设计 (15)3.2.1 活塞头部设计 (15)3.2.2 活塞裙部设计 (16)3.2.3 活塞与气缸配合间隙 (17)3.3 活塞环的设计 (17)3.3.1 气环的设计 (17)3.3.2 油环的设计 (19)3.4 活塞销的设计 (19)4 活塞热分析 (20)4.1活塞热负荷概述 (20)4.2 有限元模型的建立 (20)4.2.1 活塞主要参数 (20)4.2.2 三维几何模型的建立 (21)4.3 活塞温度场边界条件 (22)4.4 活塞温度场有限元分析 (23)4.5 本章小结 (26)5 活塞机械负荷分析 (27)5.1 活塞的热负荷 (27)5.1.1 活塞热应力有限元分析 (27)5.2 活塞的机械负荷 (29)5.2.1活塞受力分析 (29)5.2.2 活塞顶气体压力 (29)5.2.3 活塞往复惯性力 (30)5.2.4 活塞裙部法向压力的确定 (31)5.3 机械应力边界条件 (32)5.4 活塞和机械负荷综合有限元分析 (32)5.5 本章小结 (34)6 总结 (35)总结和体会 (37)致 (38)参考文献 (39)2100T二甲醚发动机活塞设计摘要本文分析了柴油机使用二甲醚代用燃料的现状和优势，并根据二甲醚燃料的特殊理化性质，对二甲醚发动机的活塞进行了设计，并用ANSYS有限元软件对活塞的热负荷和机械负荷进行耦合分析，为2100T二甲醚发动机活塞的耐久性和可靠性提供科学依据。

分析结果显示，活塞的温度分布很不均匀，最大的温差达到了将近100K，这导致了活塞部具有很大的热应力，通过ANSYS软件，分析出了活塞腔顶部、第一环槽、第四道活塞环槽下沿和活塞销座上方外侧的热应力较大；活塞顶部热膨胀最严重。

同时对活塞进行了热力耦合分析，分析结果表明设计出的活塞，符合热力要求。

关键词:二甲醚活塞热力耦合有限元The design of 2100T DME engine pistonAbstractThis paper analyzed the use of DME engine status and benefits of alternative fuels , DME engine piston designed under the DME fuel special physical and chemical properties, and piston thermal and mechanical loads are coupled analysis by using ANSYS finite element software . Providing a scientific basis of 2100T DME engine piston durability and reliability. The results showed that the piston’s temperature distribution is uniform , the maximum temperature reached nearly 100K, which led inside the pistonhas a great thermal stress . Analysis of maximum thermal stress of the piston cavity in the top of the piston by ANSYS software . Also conducted a piston coupled thermal analysis and the results found in this design for the 2100T piston , which meeting the strength requirements.Keywords:DME Piston Thermal coupling FEM1 绪论能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础之一，化石能源（主要指石油、煤、天然气）仍是当今世界的主要能源。

20世纪50年代以后，全世界经历了三次重大的石油危机，由于石油危机的爆发，对世界经济造成巨大影响，国际舆论开始关注起世界能源危机问题。

许多人甚至预言：世界石油资源将要枯竭，能源危机将是不可避免的。

如果不做出重大努力去利用和开发各种能源资源，那么人类在不久的未来将会面临能源短缺的严重问题。

所以现在人类迫切的需要找到代用燃料，来缓解石油资源匮乏和需求之间的矛盾。

1995年以来, 丹麦技大学、AVL 等公司对二甲醚用于柴油机进行了研究。

在我国, 1997年交大开始进行直喷式柴油机燃用二甲醚性能研究, 成功改造了高速二甲醚发动机并获自主知识产权,并于2000年9月成功研制出我国第一台二甲醚城市中巴车;2005年6月,上汽集团、交大联合上柴股份和焦化成功开发了我国首辆无黑烟二甲醚公交客车; 2005年9月交大和久泰联合开发了我国第一台油、二甲醚混合燃料客车[1]。

所以我们可看出柴油机改用二甲醚为燃料越来越受人们所关注。

首先我们知道活塞是燃机的核心部件之一，它与活塞销、活塞环一起组成活塞组在气缸里作往复运动。

它在高温、高压，高速、润滑困难，同时承受交变载荷的恶劣条件下工作。

发动机故障大部分出现在活塞上，特别是强化程度越来越高的柴油机，活塞出现的故障约占整个柴油机故障的半数以上[2]。

综上所述，要对燃机的燃料进行更改，考虑活塞的重新设计与强化，是必不可少的。

1.1 车用新型燃料概述由图1-1可见,柴油机的燃油可以分为来自于石油产品的轻柴油，重柴油，船用燃料油以及天然气(LNG,CNG),液化石油气((LPG),醇类燃料(甲醇,乙醇),二甲醚(DME),生物柴油,乳化燃料等代用燃料[3]。

图1-1车用燃料及来源图为了保障我国经济社会的可持续发展,缓解我国能源危机和环境污染的力。

在对现有能源采取更有效地省油措施之外,还需要积极主动的研究和发展新型清洁代用能源。

政府部门及其燃机相关行业正在大力对这一有着重大意义的课题开展研究。

因此开展该领域课题的研究,对社会实践和理论都有着重大的意义。

目前在柴油机上使用的代用燃料主要有:天然气(LNG,CNG)，液化石油气(LPG)，醇类燃料(甲醇,乙醇)，二甲醚(DME)，生物柴油，乳化燃料等。

1.2 二甲醚作为代用燃料的优势人类对能源的需求与利用能源而造成环境污染之间的矛盾一直困绕着世界各国。

汽车作为一个流动的污染源，在入口密集的城市和交通发达的工矿地区，到处散发着大量废气，严重威胁着居民的身心健康，破坏着生态平衡，成为大气污染的“罪魁祸首”。

由于世界石油资源日趋减少，同时为解决发动机的排放问题，在燃机领域中对清洁代用燃料的研究已成为前沿课题。

随着人们对环境污染重视程度的提高，世界各国对发动机排放的限制也日益严格。

美曰欧各国既是世界汽车工业的先驱，同时也在控制汽车排放方面居世界领先地位。

美国自从本世纪40年代加州的洛杉矶光化学烟雾事件以后，首先认识到汽车燃机是城市空气污染的主要来源。

1960年加州通过了“汽车污染物控制法令”，限制CO、HC的排放量。

1963年美国联邦政府以此为依据制定了“大气净化法”。

此后限制标准逐年严格：1970年后采用排放率标准；1971年又增加了NO x的排放限制。

日本受美国排放限制的影响，早在1965年就着手调查本国的大气污染情况，并逐步制定出排放标准和检测方法，并于1966年7月制定了汽车排放污染物标准，对CO进行了限制；1970年起又增加了HC的限制；1973年又增加了NO x的限制；80年代中期与美国相对应日本亦公布了重型车辆严格的微粒和NO x排放标准。

1970年，欧共体(EEC)定了限制卡车排放的标准。

1989年起对柴油轿车的微粒也作了限制[4]。

表1-1为欧洲重型车用柴油机排放限值。

表1-1 欧洲重型车用柴油机排放限值1）还有动态烟度限值0.8m-1；2）适用于额定功率不大于85kW的柴油机；3）适用于单缸工作容积小于0.7L，额定转速大于3000r/min的柴油机。

我国于1981年起开始制定汽车排放标准，从1983年起陆续颁布了一系列有关汽车和摩托车用燃机的排气污染物排放标准和对应的测量方法。

在《机动车排放污染防治技术政策》中规定我国轿车的排放控制水平，2000年达到相当于欧I水平，最大总质量不大于3.5T的其他轻型汽车(包括柴油车)型式认证产品的排放控制水平；2000年以后达到相当于欧I水平；所有轻型汽车(含轿车)的排放控制水平，应于2004年前后达到相当于欧II水平，且10年前后争取与国际排放控制水平接轨；重型汽车(最大总质量大于3.5T)与摩托车的排放控制水平，2001年前后达到相当于欧I水平，2005年前后柴油车达到相当于欧II水平，2010年前后争取与国际排放控制水平接轨。

按热值计算，二甲醚热值仅为柴油热值的64.7% ，但同时二甲醚液体的密度只有柴油密度的78.5% 。

按这个数据计算，在车辆使用二甲醚时，要达到原柴油机的动力性，二甲醚供给量应达到柴油的1.9倍。

现在，二甲醚的市场价格为4100元/t左右，0号柴油市场价格在省达到了8200元/t左右，其他市场是8400元/t～8600元/t。

因此，即便行驶相同里程，二甲醚汽车的燃料成本是柴油汽车燃油成本的2倍也是合算的[5]。

根据我国自然条件和能源资源特色，如何在后石油时代，逐步改变汽车能源结构，发展汽车清洁代用燃料，在发动机上实现高效、低污染的燃烧，控制汽车发动机有害排放对我国城市大气质量带来的日趋严重的影响，已成为我国能源与环境研究中的一个十分重大和紧迫的研究课题。

二甲醚(DME)具有燃料的主要性质，其热值约为64.686kJ／m3，且其自身含氧，能够充分燃烧，不析碳、无残液，是最简单的醚类化合物，常温下为气态中压下为液态。

液态时，无色无毒，对皮肤有轻微刺激，不致癌，腐蚀小；在大气中很快分解为水和CO2；二甲醚和柴油都是高十六烷值类燃料，但因二甲醚分子组成中含氧且具有高挥发性，导致了二甲醚具有较好的减烟素质。