内燃机缸内滚流运动的稳态测量与特性分析

设计了一套内置式滚流测量装置，并利用该装置对ＣＡ１１０２ 发动机的４种缸盖进行了测量试验。试验结果表明：不同的缸盖产生的缸内滚流运动旋转矢量方向不同，这将影响到火花塞、喷油器位置方向的确定；斜气道较水平气道具有更强的产生缸内滚流运动的能力。     

柴油机缸盖气道性能的评价方法探讨

本文首先论述影响柴油机缸盖气道性能的影响因素,并对主要影响因素进行试验对比验证,根据试验数据总结出评价气道性能的方法。为了保证量产缸盖产品的一致性,提出建立标准缸盖的概念,并根据发动机台架性能试验和排放标定,对涡流比在2.0~3.0之间的气道形成一个量化的标准,对类似发动机气道的开发具有一定的参考价值。     

汽油机可变进气道设计与验证

采用ProE软件设计3L缸内直喷涡轮增压汽油机可变进气道,进行3D结构搭建与优化,并在气道内添加1mm厚的可变隔板。利用Fire软件对基础气道及添加隔板的气道进行流场分析,统计了气道流场的滚流比与流量系数,并根据滚流比及流量系数对气道进行优化,确定气道形状及隔板深度。通过加工中心对气道进行加工,将加工完成的气道及隔板组装起来进行气道试验,测量滚流比及流量系数,优化机构使流量系数及滚流比得到改善。研究结果表明:针对可变进气道方案,隔板长度设计为85mm时气道滚流比、流量系数效果较好。     

采用3D-PIV技术测量汽油机的滚流强度

自主搭建了三维粒子图像测速(3D-PIV)系统,在内燃机气道稳流试验台上测试气道流动特性.首先通过直管道流动试验以及2D-PIV试验验证了该3D-PIV系统测试结果的可靠性,随后测量了稳态试验条件下缸内流场形态,进而分析了气道的滚流强度,并与在气道稳流试验台上测得的滚流强度进行了对比.此外,研究了不同翻板位置对气道滚流强度的影响,结果表明:在气道稳流试验台上测得的滚流强度随气门升程增加呈逐渐上升趋势,而由3DPIV测得的滚流强度呈现非单调变化的特点,且在数值上高于气道试验台测量结果.使用3D-PIV可以更准确地测量滚流强度,有效地避免模拟缸套带来的摩擦损失.关闭翻板可以显著增大滚流强度,尤其在气门升程超过5,mm之后.     

一种组合式滚流进气道结构

旨在探究一种能够提高多气门汽油机滚流进气道进气性能的新技术．通过分析滚流进气道进气充量的动力学，提出了由传统滚流进气道和副气道组合的进气道结构．用滚流试验的方法，对比了几个不同方位的副气道．证明利用副气道的作用，可以实现增强缸内滚流而不影响进气流量．     

现生产缸盖进气道与座圈错位问题的分析与改进

为了解决现生产汽油机缸盖座圈与进气道喉口的错位问题,提高产品的一致性,一方面加强供应商的过程控制及模具定位精度调整,另一方面利用三维模型设计软件Pro/E Wildfire 3.0对原始气道进行重新设计,在气道喉口处增加加工余量,通过机械加工把毛坯的余量去掉,从而保证座圈与气道口不再发生错位问题。更改后的气道与原始气道分别通过三维流体动力学软件AVL-fire稳态模拟计算和气道试验台试验结果对比,更改后的气道流量系数与原始方案相当,滚流比有所提升。通过台架性能对比试验验证满足发动机性能要求。     

内燃机缸内稳态斜轴涡流特性研究

以角动量合成理论为基本依据,以内置式稳态滚流测量装置测量所得的滚流试验数据和稳态涡流试验数据为源数据,推导了缸仙斜轴涡流特性参数的计算公式;并利用这些公式计算了ＣＡ１１０２发动机两种缸盖的斜轴涡流特性。     

4气门汽油机气道滚流比测试方法的试验研究

对汽油机缸内滚流直接测量方法的测试装置进行了可视化处理,在自主开发的气道稳流试验台上,通过PIV技术研究稳态滚流测试过程中流场的微观结构及其演化规律,阐明不同模拟缸套结构参数对气道滚流比影响规律.结果表明,不同结构参数的模拟缸套内流场结构在气门升程达到一定范围时都会发生变化,形成大尺度逆时针滚流,并且会导致缸内各测量截面滚流比曲线斜率增大.而缸内流场不同区域受缸套形状影响程度不同,出气口附近截面内滚流比受其影响最大,对于出气口直径为0.35倍缸径的模拟缸套,出口附近截面内滚流比出现非常高增幅的跃升,跃升后滚流比达到3.08.气道稳流试验模拟缸套内滚流比的变化规律从根本上受角动量守恒支配,缸套形状与滚流比产生增幅过高的跃升存在本质的联系.     

超高滚流对高热效率汽油机燃烧过程影响研究

以某自然吸气高压缩比直喷汽油机为研究对象,利用一维软件和三维软件对汽油机的工作过程进行了数值模拟,探究了超高滚流进气系统在高热效率燃烧系统中对燃烧性能的趋势性影响。研究中设计了三款不同滚流比气道和四种计算方案,对不同计算方案的瞬态滚流比、瞬态湍动能、缸内速度场、当量比分布、放热率和缸内平均压力等进行了对比分析。研究结果表明:滚流比的大小影响缸内混合气的分布和湍动能的强度,较强的滚流比可以将更多能量保留到上止点附近,提高点火时刻缸内平均湍动能,从而影响缸内燃烧,进而影响发动机的性能;带凹坑的活塞形状设计可以使湍动能在不同滚流比下都保持在相对中心位置,使火花塞处在湍动能较高区域,有利于点火之后火焰的迅速传播;在此燃烧系统中,滚流比增大到一定程度后,缸内的平均压力峰值难再提高,对性能的增益已接近极限,过高的滚流比对发动机性能的提升已无明显作用。     

多气门汽油机滚流进气道结构的研究

为设计多气门汽油机强滚流进气道，作对所设计的几种滚流进气道模型在稳流试验台上进行了性能测试。结果指明了强滚流进气道对结构的要求，揭示了上大下小的喉口截面形状的进气道可得到较强的滚流强度，但难以提高综合进气性能指标，并证实用滚流进气道与作研制的导流型副气道的组合进气方案可实现提高滚流强度而不牺牲进气流量系数。     

四气门汽油机缸内流场的仿真分析与研究

运用计算流体动力学理论(CFD)和气道稳流实验方法对一款四气门汽油机的进气道性能进行了仿真分析和实验。对比不同升程下的仿真流量系数与试验流量系数具有较好的一致性,结果表明进气道进气效率较好,流量系数高。分析不同气门升程下的了缸内流场特性,经过优化设计的进气道能在缸内形成大尺度均匀滚流,有助于提高发动机性能。     

进气道型式对四气门汽油机进气流动特性的影响

在稳流气道试验台上,研究了四气门汽油机整体式和分体式进气道进气流通特性及产生的缸内滚流特性,提出了进气不均匀度和进气终了滚流比不均匀度的概念．发现四气门汽油机各缸产生的最大滚流轴线与曲轴轴线夹角是不同的．整体式进气道流通系数和平均流通系数大于分体式进气道．分体式进气道进气终了滚流比大于整体式进气道,平均进气终了滚流比增加7％．分体式进气道进气不均匀度小于整体式进气道,而进气终了滚流比不均匀度则大于整体式进气道．     

进气道对缸内直喷增压汽油机性能的影响

应用稳态CFD方法对高、低滚流比进气道进行了分析,高滚流比气道较低滚流比气道流量系数降低16%,滚流比提高22%.基于这两种气道对缸内直喷增压汽油机进气和压缩冲程油气混合的影响进行了瞬态CFD分析.结果表明,高滚流比气道在缸内能形成更规则的大尺度漩涡,且缸内瞬态滚流比更高,两种对称气道瞬态涡流比基本为零,进气道流量系数...     

某汽油机进气道数值模拟及试验研究

为了得到某型汽油机进气道的性能,本文通过模拟计算和试验两种方法对该气道进行研究。模拟分析采用AVL Fire软件,试验采用涡流动量计法和激光粒子图像法。模拟分析和试验两种方法均计算得到九个工况点下气道的流量系数和滚流比。结果表明:模拟分析可以得到较准确的流量系数值,滚流比值有待进一步提高。模拟计算和激光粒子图像法均可以准确地得出各个截面的速度分布。     

可变进气道发动机性能试验及分析研究

针对1台单缸电控4气门发动机进行了可变进气的改进设计,使发动机进气道的流量系数、涡流比、滚流比等流动特性,随着不同的运行工况而变化,从而达到优化发动机中低负荷性能的目的。对可变进气发动机进行的台架性能及排放试验结果表明:随着节气门开度从25%上升到75%,发动机功率提高了4.37%~2.56%,扭矩提高了4.21%~2.56%,燃油消耗率降低了4.89%~2.66%。在中低负荷时,可变进气可以优化发动机的动力和经济性能,但随着负荷的增大,改善的幅度减小。同时,可变进气可使HC、CO排放降低4%~9%,而NOx排放有所上升。     

四气门汽油机进气道气流运动的三维数值模拟研究

利用三维流体动力学软件对实际四气门汽油机进气道的气流运动进行了气道稳流试验台的三维数值模拟计算.计算结果显示出在气道稳流试验台条件下的三维空气流动的详细状况,并表明在发动机缸内可以形成明显的滚流.气道流动性能评价参数的计算与试验结果比较表明：数值模拟的精度较高,可为发动机气道设计开发提供理论依据.     

汽油机进气道及燃烧室结构优化与性能研究

通过优化进气道和燃烧室结构来提升某缩缸后排量0.375L的单缸汽油机的性能,达到小型强化的目的。利用CONVERGE软件对发动机进行不同气门升程下气道稳态数值模拟和3 000r/min满负荷工况下的瞬态燃烧过程模拟。分别提出4种进气道优化方案和3种燃烧室优化方案。综合考虑流量系数和滚流比,选取优化进气道方案A。采用方案A进气道,平均流量系数提升22.26%,平均滚流比提升14.41%。在选用进气道方案A的前提下,综合分析不同燃烧室方案下流场分布、混合气分布、温度分布、缸内压力和燃烧相关参数,最终确定燃烧室优化方案2的缸内流场分布、湍动能和混合气分布情况能增加火焰传播速度,缩短急燃期,指示功率较缩缸后原方案提升14.1%,动力性能达到缩缸前0.400L排量发动机的水平。     

高滚流Atkinson循环燃烧系统研究

为进一步提高发动机热效率,提出高滚流Atkinson循环燃烧系统概念。其特征是采用高滚流气道和活塞组合,配合Atkinson循环和废气再循环(EGR)技术,提高缸内的滚流和湍流水平,加快燃烧速度,同时降低汽油机爆震倾向。利用GT-Power和AVL FIRE软件针对某型汽油机进行了一维整机工作过程和三维计算流体动力学(CFD)模拟分析。结果表明:高滚流气道有利于促进缸内滚流运动,滚流比由原机的0.5提高到2.6;配合高滚流活塞后,使进气过程中产生的缸内初始滚流和压缩过程中的滚流维持作用都比原机有所增强,湍动能水平提升6.3%,瞬时放热率与原机相比平均提高15%;在此基础上,采用进气门晚关的方式实现Atkinson循环,并增加EGR系统,降低高压缩比带来的爆震倾向,比油耗在整个万有特性中均呈下降趋势,最低比油耗区明显变大,最低比油耗相比原机下降11.3g/(kW·h)。     

汽油机缸内反滚流辅助气道的流动特性

为改善汽油机稀燃性能,开发了一种可形成反滚流运动的辅助气道,进行了流动性能的实验研究．稳流实验台测试结果表明,仅采用辅助气道时,无量纲滚流强度最大为0．39,证实了设计的辅助气道具有较强的反滚流能力,有利于汽油机在部分负荷时实现稀薄燃烧,改善燃油经济性．增加辅助气道后,流量和流量系数比仅采用主气道时增大10％左右,并可以形成较强的斜轴涡流,有利于改善汽油机全负荷运行时的动力性能．