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针对新型顺序压燃柴油机架构即CC-HP（Compound Combustion-High Power）柴油机的工作需求提出了一种新型高功率密度柴油机,该柴油机主要是采用了主副双燃烧室、双喷油器分时协作的工作模式。顺序压燃柴油机借助于副燃烧室在整个工作状态中的动作,实现分时介入,从而改变了CC-HP型柴油机的压缩比。对于这种副燃烧室的分时介入模式主要是通过在主副燃烧室间设置一燃气切换装置,从而保证柴油机高、低功率密度的灵活可变。本文的研究即为此燃气切换装置解决方案的设计、热力仿真分析下装置的结构优化及其特性分析。针对上述问题,本文做了一系列研究,具体研究内容如下:燃气切换装置的结构设计。本文共设计了两种基于传统气门结构类型改造的燃气切换装置方案,分别为二级密封燃气切换装置和液压辅助密封燃气切换装置。两种装置结构的副燃烧室主要是采用上部半球下部圆柱的涡流室,阀芯机构主要基于传统气门布置类型并加以改造,采取气门倒置方式,在主副燃烧室间与阀座紧密配合实现主副燃烧室两侧燃气的通断。然后对设计的两种方案进行对比,最终液压辅助密封燃气切换装置以密封方式、驱动平稳性等方面的优势,选用其作为后续结构优化以及特性分析的优选方案。燃气切换装置热力仿真计算。利用三维建模软件Solidworks对液压辅助密封燃气切换装置进行参数化建模,并导入ANSYS Workbench软件,对优选的燃气切换装置进行极限工况下整体热力学特性的分析。计算结果显示装置在最高燃烧温度的前提下,开启状态装置内部最高温度为2094℃,在关闭状态下最高温度为2061.5℃;然后将CC-HP型柴油机的缸压数据作为边界条件导入应力场计算模型中,计算结果显示装置在开启状态下最大应力出现在阀座与副燃烧室的连接处,最大值为76.18MPa;装置关闭状态下最大应力仍出现在阀座与副燃烧室的连接处,最大值为101.79MPa。两者最大变形量分别为0.0029mm和0.0079mm。对温度较高、应力较大以及变形量较大的部位给予修正和参数化处理,以便进行后续的优化。燃气切换装置的结构优化。通过查阅相关文献选定装置整体材料为铝合金A356,基于ANSYS Workbench平台下DE设计模块对装置进行边界条件的设定,对装置出现温度、应力变较大的零部件—阀座进行结构优化。对阀座结构选取六个可优化的输入变量,分别为阀座通道半径,通道角度,阀座上高度,阀座上直径、阀座竖直高度和阀座下直径;通过拉丁超立方抽样方法,选取16组设计点。优化后各结构参数分别对应输入变量P3=3.503mm,P4=77.502°,P5=9.667mm,P6=54.401mm,P7=15.144mm,P8=66.365mm。通过改进装置阀座处的结构参数,得到了静力学条件下阀座优化后的各部分参数及装置总体模型。燃气切换装置动态负荷特性校核。本章基于ANSYS Workbench平台下的LSDyna模块分别分析了在撞击速度1m/s,以2Cr12Ni Mo1W1V和38Cr Mo Al为阀芯与阀座的材料,分析阀芯与阀座两种类型的碰撞。结果表明阀芯和阀座弹性-刚性的碰撞和弹性-弹性之间碰撞的规律大致相同,刚性-刚性碰撞阀芯处最大应力值为77.59MPa,产生偏心碰撞的最大撞击应力达147.63MPa;弹性碰撞下阀芯最大撞击应力为53.166MPa,阀座的最大撞击应力为39.948MPa。最后计算当阀芯撞击速度为0.5m/s～1m/s的范围内,得出阀座和阀芯的最大应力随着阀芯撞击速度的增加而增加的变化规律,对装置的动态负荷特性完成了校核,装置的动态负荷特性满足设计要求。燃气切换装置疲劳寿命特性验证。基于燃气切换装置在静力学和动力学下的特性分析,对采取结构优化后的燃气切换装置模型再一次导入ANSYS Workbench软件中进行热力计算分析。将得到的仿真数据结果导入ANSYS寿命分析模块Fatigue中,计算结果显示燃气切换装置的整体寿命为1e6次,最小寿命为5.28e5次,装置最小疲劳安全系数为1.034,系数大于1。燃气切换装置的疲劳寿命特性验证结果符合设计要求。本文提出的基于CC-HP架构下的液压辅助密封燃气切换装置较好的解决了顺序压燃柴油机双燃烧室间燃气通断可控的问题,实现了顺序压燃柴油机高、低功率密度的灵活可变,为顺序压燃高功率密度柴油机架构的项目进展成型提供了参考。