可变气门相异升程4气门汽油机稳态流动特性

4气门汽油机在双进气门全开的情况下只存在滚流,当关闭其中一个气门后会得到较强的涡流,但流通能力比双进气门全开差.提出可变进气门相异升程概念,研制了可变进气门相异升程凸轮轴.使汽油机在双气门全开的过程中不仅存在滚流,而且在流通能力基本不变情况下得到较强涡流,综合表现出斜轴涡流特性,并可通过调整进气凸轮相异角实时改变两个进气门的升程差,满足汽油机不同工况对缸内大尺度气体运动的不同需求.试验表明:在不同相异角、相同凸轮轴转角下,流通系数变化不大;相同凸轮轴转角下,涡流比、滚流比和无因次斜轴涡流比随着相异角的增加而增大,斜轴涡流倾角随着相异角增加而减小;进气过程中产生两次方向相反的涡流和斜轴涡流.     

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%.     

多缸汽油机全可变液压气门系统的开发与试验研究

提出了一种适用于4缸汽油机的全可变液压气门系统,通过凸轮驱动和液压传动使进气门开启,通过开启控油阀使进气门回落,通过调节控油阀的泄油时刻改变进气门的最大升程和开启持续角。建立了气门运动规律测量试验台架,并对全可变液压气门系统的气门升程进行了试验测量。试验结果表明:该系统可实现最大气门升程在0到最大设计升程之间连续可变,进气门开启持续角在曲轴转角0°~284°之间连续可变。进一步研究表明:全可变液压气门系统按汽油机标定转速5 000r/min高速运行时,在不同气门升程下均未出现气门运动规律的"失真"现象,说明该系统能够满足汽油机高速运行的需求。试验还发现多缸机液压气门机构存在相互干涉问题,通过改进设计控油阀结构,消除了由此导致的气门异常开启现象。     

全可变液压气门运动特性及其泵气损失

一种全可变液压气门机构(FHVVS)可实现气门最大升程、开启持续角和配气相位的连续可变.通过分析实测气门升程,发现FHVVS机构的进气门开启过程可分为凸轮驱动段、液压控制段和落座节流段.在液压控制段中气门开启不受凸轮型线的控制,使进气门的运行速度和加速度明显提高.与传统配气凸轮机构相比,在气门开启持续角相同时,FHVVS系统的气门开启角面值明显提高,且转速越低角面值提高幅度越大.试验表明:点燃式发动机采用FHVVS控制负荷,大幅度缩短了进气门开启时间,并在较短的进气门开启持续期内,提供了较大的气门开启角面值,使小负荷工况的泵气损失得到大幅度降低,尤其在小负荷、低转速时的改善幅度更为明显.     

无节气门汽油机燃烧循环变动特性试验

一种全可变液压气门机构(FHVVS)可实现气门升程和开启持续期的连续可变,采用进气门早关的方式可取代节气门实现无节气门负荷控制方式.通过试验测量缸内压力,发现无节气门汽油机在小负荷工况下的燃烧循环变动明显增大,燃烧速率显著降低.通过增大点火提前角,使燃烧重心(CA 50)调整至5°~10°,CA ATDC的推荐位置,却导致出现失火循环.探讨了通过组织进气涡流和增大点火能量的方式改善燃烧性能,结果表明:螺旋进气门能够在小升程时产生较强的进气涡流,显著改善了无节气门汽油机在小负荷工况下的燃烧循环变动和失火循环,提高了指示热效率;增大点火能量对改善燃烧循环变动也有一定作用.     

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。     

四气门发动机单气门工作时缸内斜轴涡流的稳态测量研究

在稳流气道试验台上研究了 376四气门汽油机一进气门开、另一进气门全闭条件下的斜轴涡流特性 ,发现斜轴涡流倾角在进气过程初期很快跃升到近 90°,之后渐渐回落 ;在进气过程中期之后 ,其倾角稳定于 4 1°左右。这为解决四气门汽油机低转速时燃烧恶化问题提供了重要的理论依据     

可变进气门升程对汽油机泵气损失的控制及对燃烧过程的影响

为了降低汽油机部分负荷泵气损失,改善燃油经济性,在自主开发的进排气门升程和相位全可变的4VVAS(4 variable valve actuation system)单缸汽油机上开展了可变进气门升程控制负荷的试验研究,研究了进气门升程对进气量和负荷的控制作用以及进气门升程控制对泵气损失以及燃烧过程的影响,比较分析了采用可变进气门升程对汽油机性能的影响.研究结果表明.保持节气门全开,通过采用进气门升程调整的负荷控制方式,与节气门控制负荷方式相比,部分负荷的泵气损失可以降低20%～30%,指示燃油消耗率降低3%～12%,中低转速下机械损失也有所降低.但是燃烧过程持续期会变长,影响了燃油经济性的进一步改善.     

柴油机进气门偏心对进气流动的影响分析

结合气道稳流模拟试验,采用AVL Fire软件建立了螺旋进气道进气流动仿真模型。设计了6个不同进气门偏离气缸中心的偏心率方案,采用计算流体动力学(CFD)三维模拟的方法分析了柴油机进气门偏心对进气流动的影响关系。研究结果表明:进气门在气缸中的位置直接影响进入气缸的气流均匀性和气门盘区域的回流状态。进气门偏心对进气流动的影响呈现一定的规律,随着进气门偏心率的增加,平均流量系数和平均涡流比均先增大后减小,存在最佳位置区域。当偏心率在0.27～0.37时,进气平均流量系数较大;当偏心率在0.27～0.48时,进气平均涡流比较大。     

进气门预开启对柴油机内部废气再循环率控制适应性研究

针对柴油机内部废气再循环(IEGR)量不易精确调整和控制的难题,提出一种利用进气门预开启(IVPO)凸轮控制IEGR率的方法。通过改变进气门预开启时刻、持续角及升程三个不同特征设计参数,实现IEGR率不同梯度改变,达到自主调控IEGR率的目的。以某六缸增压柴油机为研究对象,应用GT-Power仿真分析软件建立目标柴油机性能仿真分析模型,得到不同进气门预开启各特征参数对IEGR率及功率、转矩、燃油消耗率等发动机性能的影响规律。仿真结果表明:进气门升程是影响IEGR率的主要因素,当需对IEGR率进行较大幅度调整时,可考虑采用调节升程的方法;当进气门预开启升程大于2.6mm时,柴油机燃油消耗率增速加快,需在参数选择时权衡利弊。IVPO开启时刻与持续角对IEGR率的影响度较小,其中改变持续角对发动机经济性影响较小,当需小幅度调节IEGR率时,可优先考虑采用调整气门持续角的方法。经柴油机台架性能及排放试验结果证实,IVPO特征参数对IEGR率的控制规律与仿真结论相符。     

4VVAS可控自燃汽油机燃烧过程的试验研究

在一台配备进、排气门升程及定时同时可控的四变量气门执行机构（4-Variable Valve Actuating System,4VVAS）的进气道喷射汽油机上通过保留部分热废气的方法,实现了汽油机均质可控压燃（CAI）燃烧.通过试验考察了不同气门升程下的CAI燃烧过程,从而探讨气门参数对废气再压缩汽油机CAI燃烧的控制作用.研究表明,不同气门升程下的发动机运行负荷范围不同,适当减少有效压缩比可以减少爆震倾向,增加低转速下大负荷范围,而通过增加气门升程可以拓展高转速下CAI汽油机大负荷运行范围.发动机负荷大小主要依靠排气门参数来调节,而进气门参数能够控制进气回流和有效压缩比,从而对残余废气率及汽油机CAI燃烧过程具有对称性控制作用.     

不同气道倾角的直喷式汽油机进气道气流特性的试验研究

基于传统PFI汽油机进气道设计了2种倾角的GDI汽油机进气道,分别进行了2种不同倾角的GDI汽油机进气道的双气门开启、单气门开启2种方式下的气道稳流试验,研究了不同气道倾角的进气道气流特性,以及产生涡流和滚流的能力。试验结果表明:在不同的气门升程下,气道倾角α=39°的进气道比气道倾角α=34°的进气道流量系数大;就滚流比和涡流比而言,当气门升程较大时,单气门开启时比双气门开启时有所增大;当气门升程大于3mm时,α=39°的进气道比α=34°进气道的滚流比和涡流比均有所增大。此外,与普通PFI汽油机进气道相比,2种倾角的GDI汽油机进气道流通性能更佳。     

发动机进气门出口稳态流动特性的试验研究

在稳流气道试验台上,用热片风速仪或涡矩仪只能测量进气道产生的总体涡流,不能提供涡流的详细结构信息.试验中已发现压缩上止点时的涡流结构含有进气门关闭时涡流的某些特征,与进气门出口的速度分布密切相关.目前发动机缸内流动的多维模拟计算大多缺乏进气过程中详细、精确的边界条件,为了使缸内流动计算获得满意结果,本文在气道试验台上用热线风速仪测量了CA1102发动机进气门出口速度和紊流强度分布.     

全可变液压气门机构对汽油机泵气损失及机械效率的影响

设计一种全可变液压气门机构(fully hydraulic variable valve system,FHVVS),实现气门最大升程、开启持续角和配气相位的连续可变,通过进气门早关方式取代传统节气门来控制发动机的负荷。试验结果表明:与传统节气门汽油机相比,无节气门汽油机可以显著降低中小负荷工况下的平均泵气损失压力,大幅度降低泵气损失、提高机械效率。在小于等于50%负荷工况点,发动机转速为2000 r/min时无节气门汽油机的机械效率可以提高3. 6%～10. 2%,3000 r/min时机械效率可以提高2. 8%～7. 1%。     

以功率为目标的汽油机凸轮型线优化研究

建立了基于GT-POWER的车用高速汽油机性能仿真模型,并结合单纯形优化算法,建立了七次多项式动力凸轮的优化设计模型.对进排气凸轮型线控制参数、正时、包角、升程等18个设计变量进行了以功率最大化为目标的综合优化设计.建立了双顶置凸轮轴配气机构多体动力学模型,对优化的进排气凸轮进行配气机构动力学性能评估.计算与试验均表明:通过凸轮型线、配气相位及升程的优化设计,原机功率可以提高4.5%左右.计算表明:进气门凸轮接触应力波动小于原机,排气门的动力学性能与原机相当,台架试验也证明了优化后的配气机构动力学性能是可靠的,并已应用于改进机型批量生产.     

负荷控制方式对汽油机燃油经济性的影响

采用全可变气门机构是改善汽油机燃油经济性的有效措施.在一款进排气门相位和升程均连续可变的4缸汽油机上研究了节气门负荷控制、进气门最大升程负荷控制和负气门重叠角负荷控制等3种负荷控制方式下的汽油机燃油经济性.对3种负荷控制方式下的泵气损失、气门机构驱动功率以及燃烧持续期进行分析.结果表明,在小负荷下采用无节气门负荷控制的汽油机,由于气门最大升程的降低而造成的气门机构驱动功率的减小是汽油机燃油经济性改善的重要原因,其改善效果与泵气损失降低对燃油经济性的改善效果相当.     

四气门汽油机进气道流动特性的稳流试验研究

通过自行研制的稳流气道试验台研究了一台单缸四气门汽油机进气道流动特性及其产生涡流和滚流的能力，分别试验了双气门全开、单气门开和单切向气道三种方案。研究结果发现，该汽油机缸内几乎不存在大尺度涡流，而只存在滚流，当关闭其中一个气门后，会得到较强的涡流，加导气片后，其涡流更强，但流通能力比双进气门全开差。对于滚流比，单进气门比双进气门略有提高，但差别不大。     

无节气门负荷控制策略对汽油机性能影响的研究

在汽油机上取消节气门,采用可变气门升程和气门定时控制进气量,继而控制发动机负荷,实现汽油机的无节气门负荷控制.针对一台4缸汽油机采用可变气门驱动负荷控制方式建立了无节气门汽油机仿真模型,并得到试验验证.在此基础上研究了不同负倚控制方式对汽油机性能的影响.结果表明,采用可变气门开启持续期(VET)负荷控制方式可以有效降低汽油机部分负荷泵气损失,最大降低幅度达到57%,同时比油耗降低了5.63%.VET同样可以使伞负荷时低速转矩和高速功率得到提高,其中低速转矩提升达到了27.8%.但VET实现汽油机怠速控制较为困难,需要同时采用降低气门升程的(VVL)控制方式,该控制方式下泵气损失有所提高,但是气门升程降低造成进气流通特性的改变使燃油雾化及燃烧得到改善.     

进气涡流对车用直喷式柴油机瞬态工况下微粒排放的影响

用自行设计的喷气式可变涡流进气系统（ＡＩＶＳＩＳ）调节气缸内的涡流水平,试验研究了进气涡流对车用直喷式柴油机恒转速增转矩瞬态工况下微粒排放的影响,结果表明,对于一定涡流比的瞬态工况,随着转矩变化率的增大,柴油机的微粒排放量逐渐增加,涡流比越小,瞬态工况微粒的排放随转矩变化率增大的速率越高。相同转矩增长率的瞬态工况,随着涡流比的增大,柴油机微粒的排放量逐渐降低。提高恒转速增转矩瞬态工况缸内的涡流强度     

汽油机可变涡流进气管对缸内涡流特性的影响

研制了一种阀片式可变涡流进气管,采用嵌入该结构的1.4 L汽油机三维模型,分析了汽油机可变涡流进气管对进气流通特性和缸内涡流特性的影响.计算结果表明,该结构可以对缸内涡流运动强度进行调节,能够使进气终了涡流比最大达到1.8;随着涡流强度增大,流量系数减小,满足了发动机不同工况对于流量系数和涡流运动的要求.经过稳流试验验证,计算结果与试验结果吻合较好.