汽油机可变涡流进气管的循环模拟研究

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汽油机循环模拟模型,探讨了基于循环模拟研究汽油发动机缸内涡流运动的途径,分析了可变涡流进气管对汽油机性能、油耗和排放的影响.研究结果表明:该结构可以实现对缸内涡流运动强度进行调节,进气终了时涡流比调节范围为0～2.2,在不影响发动机中低转速动力性能的前提下,可以降低燃油消耗率为5%左右,同时改善HC和CO排放.     

四气门汽油机可变斜轴涡流系统产生的缸内涡流特性试验研究

在稳流气道试验台上研究了所研制的四气门汽油机可变斜轴涡流系统对进气道流通特性和涡流特性的影响。研究结果表明:在任意的斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角情况下,进气道的流通系数随着阀片开度的增大而逐渐减小,当阀片开度为0°时进气道的流通系数最大为0.82,流通系数调节范围为0.13~0.82;当斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角为30°,阀片开度为45°时,进气终了涡流比达到最大值为0.11,进气终了涡流比的变化范围为0.01~0.11。     

采用可变斜轴涡流系统的四气门汽油机缸内斜轴涡流特性的试验研究

研制了一种四气门汽油机可变斜轴涡流系统,在稳流气道试验台上研究了该系统对进气道流通特性和斜轴涡流特性的影响。研究结果表明,在任意可变斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角情况下,流通系数和无因次斜轴涡流比随着阀片开度的增大而逐渐减小。当斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角、阀片开度为0°时,流通系数达到最大值为0.82,流通系数调节范围为0.13~0.82。当斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角为30°、阀片开度为0°时,斜轴涡流强度达到最大值为0.54,斜轴涡流比调节范围为0~0.54。当斜轴涡流控制阀轴线与曲轴轴线夹角为30°、阀片开度为0°时,斜轴涡流倾角达到最大值为86.8°,斜轴涡流倾角调节范围为0°~86.8°。     

涡流特性对汽油机燃烧压力循环变动的影响

利用所研制的四气门汽油机可变斜轴涡流系统,在稳流气道试验台上研究了该系统产生的涡流特性,并在发动机试验台上利用CB-466燃烧分析仪研究了涡流特性对缸内燃烧压力循环变动的影响.研究结果表明,低转速时,平均指示压力循环变动率随涡流比的增加逐渐减小,涡流比为0.43时的平均指示压力循环变动率最小,与涡流比为0.26时的平均指示压力循环变动率相比减小了8.2%.中等转速时,平均指示压力循环变动率随涡流比的增加而逐渐增加,当涡流比达到0.39时,平均指示压力循环变动率最大,与涡流比为0.26时的平均指示压力循环变动率相比增加了20.5%.低负荷时,平均指示压力循环变动率随涡流比的增加变化较为显著,但随着负荷的增加,变化的幅度逐渐减小.     

循环模拟技术在可变长度进气管设计中的应用

改进进气系统,提高充量系数是改善汽油机动力性能的一个重要措施。利用Boost软件建立循环模拟计算模型,研究进气管长度和直径对发动机充气效率以及性能的影响规律,确定利用循环模模拟技术设计可变长度进气管的工作流程。对某四缸汽油机计算结果表明,采用可变长度进气管结构,比原机有更高的充量系数,改善了发动机的动力性能。     

循环模拟技术在可变长度进气管设计中的应用

改进进气系统,提高充量系数是改善汽油机动力性能的一个重要措施。利用Boost软件建立循环模拟计算模型,研究进气管长度和直径对发动机充气效率以及性能的影响规律,确定利用循环模模拟技术设计可变长度进气管的工作流程。对某四缸汽油机计算结果表明,采用可变长度进气管结构,比原机有更高的充量系数,改善了发动机的动力性能。     

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。     

进气管内三维稳态流动特性的数值分析

对多缸发动机进气和稳态流场进行了三维数值模拟,分析了各缸分别进气时进气管内的流动特性,计算了进气管各出口处的质量流量和流量系数并用以研究各缸的进行不均匀性。     

可变涡流进气系统及其在直喷式汽油机中的应用

设计了一种简单的阀片式变涡流控制系统。在螺旋气道中安装一适当形状的阀片,可在较大范围内连续调节涡流比。在充气效率不受影响的情况下,本涡流控制系统可使涡流比在０．３５～１．６８之间变化。通过在稳流吹风试验台上的大量试验,对阀片形状,包括阀片外形和逆流弯角进行了优化。将本系统应用在汽油机直接喷射分层燃烧系统中,发动机的综合性能,尤其是低负荷下的排放性能有了较大的改善。试验表明,当涡流比在１．０～１．５之间变化时,所研究的直接喷式汽油机在低负荷工况下ＣＯ、ＨＣ和ＮＯｘ的排放水平较低。     

可变气门升程下汽油机缸内气体流动特性的研究

在一台4气门可视化光学发动机上,研究了可变气门升程下缸内气体流动特性.研究结果表明:发动机采用不同气门升程,在不同转速下,数值模拟的缸内流场分布与采用激光粒子图像技术测试而获得气流速度场结果吻合良好.发动机在采用最大气门升程为1.7 mm的低气门升程型线下可以产生较强的湍流,尤其在进气行程,其湍流强度是发动机采用最大气门升程为6.8 mm大气门升程曲线时的两倍.进气初期气门阀座处气流速度最高,且随气门升程的降低和转速的提高,气门阀座处气流的速度都有大幅上升;最大气门升程为1.7 mm,发动机转速为960 r/min时,气门阀座处最大速度达到了140 m/s.在低气门升程下,压缩终了的湍动能最大值较高,且湍动能分布更加均匀.     

某增压汽油机进气过程流体流动特性研究

采用瞬态可压缩黏性流体微分方程和标准k-ε双方程紊流模型对某增压汽油机进气过程的流体流动特性进行数值模拟。计算结果表明,缸内瞬时温度和压力的变化,主要受到气缸内壁和新鲜充量传热以及活塞运动的影响,而进气道内瞬时温度的变化与进气道内气流运动的湍流强度密切相关。因此,要提高该汽油机的充量系数,最合理的办法是抑制进气道内的湍流强度。     

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．     

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     

4气门汽油机缸内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涡流特性。用热线热膜风速仪测量了不同气门升程、不同截面的缸内涡流场的分布情况。结果发现：小升程时,缸内形成了大小不等、方向相反的2个涡流,其作用相互抵消,缸内形成涡流的能力较小;大升程时,缸内形成了单一方向的涡流,缸内形成涡流的能力较大。同时发现缸内大惊讶涡流旋转的中心并不完全与气缸轴线重合,在气缸上半部与轴线偏离较大,在下半部则较小,涡流轴线与气缸轴心线沿气缸自上而下趋于同心。     

汽油机进气动态特性建模与仿真研究

从汽油机实际工作过程出发,运用平均值建模方法构建了汽油机进气管内空气动态特性模型,并基于稳态试验数据对模型待定参数进行了辨识。通过引入转速修正项对模型结构进行了修正,特别是对节气门处空气质量流量的饱和非线性特性进行了补偿,解决了原节气门处空气质量流量子模型在较大节气门开度下误差较大的问题。台架试验和计算机仿真对比结果显示,在稳态工况下,进气压力模型仿真与实测值的最大相对误差不超过±2%,在节气门阶跃的瞬态工况下,最大误差不超过±3%。相关模型可直接用于基于模型的进气口空气流量预测、空燃比控制器设计,也可作为汽油机模型的一部分,为空燃比控制策略软硬件在环仿真提供条件。     

汽油机性能优化计算分析

为了提升某三缸二气门汽油机的标定功率及最大扭矩,采用BOOST软件对该机建立数值模型,并进行了标定;以此为基础建立了该三缸机的四气门模型,对进气系统和配气机构进行了优化,计算了优化后四气门的外特性,并与原机性能曲线进行了对比,结果显示汽油机四气门化后的性能满足了优化目标要求.     

可变涡流对高速柴油机性能影响的仿真研究

采用计算仿真的方法模拟某高速柴油机缸内的工作过程,分析柴油机缸内及进排气道内的流场、缸内燃烧过程以及有害排放物的生成。计算过程中采用部分或完全关闭一个进气道的方法改变缸内涡流状况,分析不同气道关闭方案下缸内涡流的强度,及其对柴油机动力性、经济性及排放性能的影响。计算结果表明,对柴油机完整工作循环进行三维数值模拟计算可获得缸内瞬态流场参数,当转速低于2400r·min-1时,完全关闭一个进气道可以在对动力性和经济性影响很小的情况下显著提高缸内涡流强度,减少碳烟的峰值生成量;部分关闭一个进气道,可以在对动力性、经济性几乎不影响的情况下减少NOx的生成量。