汽油机可变进气门相异升程机构研究

提出了汽油机可变进气门相异升程机构方案,通过调整进气凸轮相异角改变两个进气门升程差产生涡流和调整涡流。计算表明当齿轮螺旋角增大、分度圆半径减小时,相异角增大;存在相异角时,两进气凸轮转角不同,转矩与液压平衡力也不同,进气持续期随相异角增大而增加。有限元分析结果显示该机构凸轮轴安全系数为2.04,最大等效应变为6.73×10-4 mm,强度及刚度均符合要求,且不会发生共振。缸内稳流试验证实进气门相异升程能够产生大尺度涡流,并且进气流量几乎不变。当相异角为8°时涡流强度可达0.24,平均流量系数偏差仅为0.93%,滚流随相异角增加略有增强。相异升程汽油机性能试验表明适当的相异角会使中低速转矩提高2.94%,高速功率提高3.03%。     

四气门天然气发动机缸内瞬态流场数值模拟

采用K-ε双方程模型对四气门天然气发动机进气道及缸内的瞬态流场进行数值模拟，模拟了发动机进气、压缩及燃烧过程。结果表明：四气门发动机缸内涡流由外向内形成；缸内平均湍动能强度在进气冲程中总体呈先增大后减小的趋势，压缩冲程中耗散作用使湍动能降低，但挤流作用使气缸中部的湍动能升高；进气过程中存在流动分层，为改善小负荷时发动机性能，天然气应尽可能在进气冲程中、后期进入气缸；缸内涡流中心的位置和气流速度梯度对火焰径向传播的均匀性有很大影响。     

可旋气门变相异升程汽油机缸内涡流稳态特性

针对4气门汽油机为获得缸内大尺度涡流减小进气流量的问题,提出可旋气门变相异升程方法,即采用带背脊气门旋转加强涡流,并通过调整进气凸轮相异角改变两个进气门升程差调整涡流.仿真与试验证实,在稳态流动状态下,随着相异角的增加,涡流尺度增加.存在相异角时,在凸轮轴转角小于80°CaA和大于100°CaA的情况下,分别在缸内产生一次较大尺度涡流,且方向相反.研究表明:气门旋转可促进大尺度涡流的产生,可旋气门变相异升程在不减小进气量的情况下可以对缸内涡流运动进行调节,相异角为8°时,涡流比可达0.51,平均流量系数偏差仅为0.9%.     

在螺旋进气道内喷气的柴油机可变涡流进气系统

设计了一种在螺旋进气道内喷射空气的柴油机可变涡流进气系统——喷气式可变涡流进气系统。对该系统的稳流气道试验表明,喷嘴在特定位置上向气道内喷射空气,可以增强或者降低气缸内涡流强度。通过稳流气道试验,确定了最大程度改变缸内涡流强度的最佳喷嘴安装位置及空气喷射方向,选择了喷嘴尺寸及空气喷射压力,并测定了不同喷射压力下,气缸内涡流比与模拟发动机转速的关系。对该系统做了单缸柴油机试验,结果表明,喷气式可变涡流进气系统基本不影响充气系数,但通过该系统对气缸内涡流强度的调节,有效地改变了发动机的排放性能     

气道结构对进气过程影响的仿真研究

利用PRO/E对设计的3种不同结构型式进气道进行实体造型,基于AVL-Fire软件对柴油机气道-气门-气缸稳态进气过程进行数值模拟,并搭建了进气系统台架稳流试验系统,对原进气系统进行台架试验研究,验证了仿真模型的准确性,详细分析了不同气道结构型式对柴油机进气流动特性和缸内流场特性的影响。结果表明,气阀升程的增大使得进气流量系数增大,其中双螺旋进气道的流量系数最小,原进气道的流量系数次之,双切向进气道的流量系数最大;随着气阀升程的增大,双切向进气道的涡流比呈减小的趋势,双螺旋进气道的涡流比呈增大的趋势,原进气道的涡流比呈减小的趋势;双螺旋进气道缸内周向气流运动强度最大,原进气道的缸内周向气流运动强度次之,双切向进气道的缸内周向气流运动强度最小。     

螺旋进气道形状和位置偏差对涡流比及流量系数的影响

螺旋进气道在铸造和机械加工过程中会出现各种各样的偏差，从而影响直喷式柴油机的动力经济性和排放特性。作者设计了几种机构来模拟不同类型的偏差，如带有倾斜误差的进气道、带有纵向胀大误差的进气道以及带有偏心误差的进气道等。在稳流试验台上检测气道的流动特性。实验结果表明，倾斜气道会显著影响涡流比。抬高气道入口端会明显降低涡流比，反之则涡流比提高；气道胀大会使流量系数和涡流比都降低；当偏心出现在气道出口方向时，涡流比略有增加；当偏心出现在气道入口方向时，涡流比会显著降低。     

4气门直喷柴油机进气道组合和位置对进气涡流的影响

在稳流气道试验台上,对4气门直喷柴油机采用螺旋进气道和切向进气道的不同组合和不同相互位置时,气道的流动特性进行了试验研究。为了上邻气道的进气气流在缸内干涉的程度及其对缸内涡流运动的影响,提出了流量系数损失率和角动量矩损失率的概念。研究结果表明：柴油机采用切向气道在后的气道组合时,涡流比的变化受后面螺旋气道方位的影响较小,相邻气道的进气气流干涉较小。     

可变涡流对直喷汽油机进气流动特性影响数值模拟

建立了带可变涡流进气道的缸内直喷汽油机(GDI)三维数值模型,利用数值模拟方法分析了可变涡流GDI发动机在2 000 r/min全负荷工况下,涡流调节阀开启和关闭不同状态的进气以及混合气形成过程。得到了进气流动变化、湍动能的发展等重要信息,评价了缸内滚流对混合气浓度分布的影响,结果表明:通过涡流阀开启和关闭可以改变进气门周围进气流动速度分布,进而调节缸内滚流强度,进气流动对缸内燃油分布有着显著的影响。在低转速时,涡流阀关闭使缸内滚流强度明显提高,是相同气门升程涡流调节阀开启时的4~6倍;通过关闭涡流阀产生的大滚流强度加快了缸内燃油雾化速度,有助于在点火时刻缸内形成浓度均匀一致的混合气。     

增压柴油机螺旋进气模拟及其评价参数

应用三维数值模拟的方法对某490直喷柴油机实际增压条件下螺旋进气进行研究,并考虑了气体的可压缩性。针对不同气门升程下气道中的流场分布、流量系数的变化以及涡流比进行了分析。提出当进气速度大于当地音速时,应对评价气道性能参数的流量系数进行修正,计算结果与稳态试验结果吻合良好。为研究增压时进气对性能与排放的影响提供了参考。     

增压螺旋进气模拟及其评价参数修正

利用三维CFD方法对某四缸直喷柴油机实际增压条件下螺旋进气进行模拟,考虑了气体的可压缩性.针对不同气门升程下气道中的流场分布、流量系数的变化以及涡流此进行了分析.提出当进气速度大于当地音速时,对评价气道性能参数的流量系数应进行修正,并与稳态试验结果相比,结果吻合良好.为研究增压时进气对性能与排放的影响提供了帮助.