四气门汽油机进气道流动特性的CFD分析

为提高某四气门汽油机的进气道性能,利用三维流体动力学软件AVL-Fire,模拟计算其稳流试验台的三维数值.通过对原气道的分析,发现结构不合理之处,并依据实际要求提出了改进方案,然后对新方案进气道重新模拟分析.结果表明,初步改进后的气道在流通特性上有明显的提高.     

进气道结构对增压汽油机燃烧过程影响的数值模拟

为提高某三缸增压进气道喷射汽油机的燃烧效率,利用三维CFD软件AVL-FIRE对原汽油机进气道在各气门升程下的进气过程进行了稳态数值模拟计算,并对其原汽油机在1,000,r/min、3,000,r/min和5,000,r/min全负荷下的燃烧过程进行了瞬态数值模拟计算;基于计算结果提出了两种进气道优化设计方案.对优化前后的缸内速度场、湍动能场、温度场、瞬时放热率及燃烧持续期进行了对比研究.研究结果表明:与原气道方案相比,优化气道方案的滚流比更大,在缸内组织了更强的气流运动,点火时刻缸内的湍动能更大且分布更为合理,火焰发展期和快速燃烧期更短.通过优化进气道结构适当提高增压汽油机的滚流比,可以改善压缩行程后期缸内的气流运动,提高点火时刻缸内的湍流强度,对提高混合气的燃烧速度、促进缸内燃烧十分有利,从而可有效提升汽油机的燃烧效率.     

4气门柴油机进气道结构参数对进气性能的影响

研究了气道结构参数对柴油机进气性能的影响,以某4气门柴油机实际进气道模型为基础,通过改变进气道组合方式和相关结构参数,并利用CFD软件FIRE进行气道-气门-气缸系统的稳流数值模拟计算,分别研究了不同的气道组合方式及不同的气道结构参数对气道进气性能的影响.研究结果表明:混合气道的进气涡流强度比双切向气道大22.3%,但流通系数比双切向气道小7.6%,这说明对于采用燃油高压喷射的柴油机而占,采用双切向气道方案更佳;对于燃油喷射压力不太高的柴油机,则应采用混合气道;气道夹角和气道偏心距对两种组合气道的平均涡流比都有一定影响,气门锥角对两种组合气道的平均流通系数和平均涡流比也均有较大影响.     

汽油机L型燃烧室入缸截面对充气效率的影响

经过对倒置气门汽油机Ｌ型燃烧室的试验研究，指出入缸截面是影响充气效率的关键因素，入缸截面积与活塞面积之比值的最佳范围在７．５％至８．５％之间。     

基于GT-Power的某汽油机低速性能提研究

应用GT-Power软件建立了某汽油机的整机结构仿真模型,利用该模型对发动机的外特性进行仿真模拟,将仿真结果与试验数据进行对比,验证了该模型的准确性.在此基础上,对该汽油机的进气歧管长度、凸轮轴型线、可变气门正时、进气道结构等参数进行调整与优化,以提升该发动机低速的扭矩、降低外特性最低比油耗.并通过试验验证了方案的可行性,为产品的性能提升指明了方向、降低开发成本.     

四变量气门执行机构可控自燃汽油机稳态性能及过渡过程

利用一维循环模拟软件GT-Power,在Matlab-Simulink环境中建立了带有进、排气门升程及定时都可调节的四变量气门执行机构(4VVAS)的汽油机可控自燃(CAI)燃烧仿真试验平台,对不同气门参数下4VVAS-CAI汽油机的稳态性能和过渡过程进行了预测和试验验证.研究表明,在4VVAS-CAI汽油机稳态运行过程中,不同的气门运动规律组合方式可以取得相同的汽油机负荷,但指示燃油耗(ISFC)不同.着火时刻是影响ISFC的关键因素,而在着火时刻相差不大时,进气回流和泵吸损失是影响ISFC的主要因素.在过渡过程中,合理地同时调节4VVAS的气门升程和定时更有助于实现汽油机负荷的快速过渡.     

主副燃烧室分层燃烧湍流强度模拟新方法

为解决应用准维模型计算汽油机主副燃烧室分层充气燃烧过程的适用性,根据主副燃烧室中气体流动过程的质量和能量交换关系,并考虑到主副燃烧室相对容积比和喉口截面积等几何结构尺寸的影响因素,提出了湍流强度模拟的新方法.计算结果表明,该湍流强度模拟方法不仅适用于主副燃烧室,而且有利于提高热力模型的计算精度.     

柴油机四气门进气道的计算机辅助设计

进气道是缸盖结构中非常重要的部件，因此进气道的设计是柴油机设计中一项关键技术，本文就气道设计的过程及需要注意的技术问题展开讨论，并且对各类造型曲面进行了比较．并据此设计开发了某四气门柴油机进气道的模型．结果比较满意。     

一种基于端点非插值性的NURBS曲面重构方法

为了解决多面片拼接曲面、多修饰特征曲面连续性差且难以延展的问题,提出了基于端点非插值性的NURBS曲面重构方法.首先根据位置和曲率的不同,将原始曲面离散为点云数据,根据离散点计算各个采样路径上的节点矢量;然后计算出曲面重构所需的端点非插值性的共同节点矢量及相应的控制点,并将共同节点矢量转化成标准的端点插值节点矢量,根据最新的端点插值节点矢量在无数据点区间插入新的型值点;最后将所有数据点重新拟合成单一曲面.重构结果表明,通过使用该方法重构所需的计算量降低,重构出的曲面精度较高.在曲率变化剧烈处,既保证了与原始曲面的贴合率,又保证了截面线的曲率连续性.该方法将原始曲面重构为单一曲面,提高了曲面重构精度,有效地解决了造型中易出现的曲面退化、曲面畸变等问题.     

偏心倒角对双切向进气道进气性能的影响

针对近年来柴油机中广泛采用的双切向进气道布置形式,自行设计、制作了实验用气道芯盒,利用气道稳流实验台研究了气门座圈底孔偏心倒角结构对气道流量系数和涡流比的影响.实验结果表明:偏心倒角对流量系数基本无影响;当标准化气门升程小于0.184,6时,偏心倒角可以大大提高涡流比,且带偏心倒角的各方案间涡流比也存在显著差异;而当标准化气门升程超过0.184,6时,各方案的涡流比变化曲线几乎重合.选取2,mm、9,mm分别代表小、大气门升程,结合CFD技术对气道-气门-缸筒模型进行了三维数值模拟研究.模拟结果显示2,mm升程时,与无偏心倒角方案缸内出现两个反向涡结构相比,偏心倒角可以避免气流间的撞击干涉,使气流在缸内形成同一方向的涡流;而9,mm升程时,有、无偏心倒角方案均在缸内形成了单一的涡结构,二者无显著差异,从而从机理上解释了实验结果.     

利用LDV研究汽油机缸内流场

本文讨论利用LDV技术对EQ6100汽油机在电机拖动情况下燃烧室内和上止点附近测得的二维流场.文中介绍了平均流速、湍流强度的实测数据,并分析了燃烧室形状、气门偏置、挤流作用和发动机转速对流场的影响.     

汽油机燃烧沉积物的热物性及其对传热的影响

试验在１６５Ｆ汽车机上进行，发动机运转一定时间后，从缸盖取下燃烧沉积样品，用电子扫描显微镜分析其微结构，用激光热导仪测定沉积物的比热和导热系数，利用表面温度方法研究了燃烧沉积物对燃烧室壁面传热的影响。     

CA6102型车用汽油机燃烧室的改进

在单缸试验机上对ＣＡ６１０２型汽油机燃烧室的改进试验结果表明：该燃烧室在燃用ＭＯＮ７０汽油时具有较强的抗爆能力和较高的燃烧速率，利于采用较高压缩比和燃用稀薄混合气，改善了发动机的燃油经济性和动力性，且生产时无须更改原有加工设备，便于推广应用．     

汽油机浴盆形燃烧室内紊流运动规律

采用热线风速仪研究1100单缸试验汽油机在倒拖条件下气缸及浴盆形燃烧室内的紊流场变化规律,包括流场的气流速度、紊流尺度及能谱密度等参数的发展变化规律。     

495汽油机进气系统的改进及其进气过程的三维数值模拟

对495汽油机的进气道和燃烧室进行了改进,运用流体分析软件FIRE对改进前后的进气系统进行了较为全面的模拟计算,获得了其内部流场的详细状况,并做了对比分析.实测了改进后不同气门升程下的进气流量,并与模拟计算值进行比较,计算和实验结果基本吻合.结果表明改进后的495汽油机进气系统有更好的流动特性,也验证了三维数值模拟的正确性.     

GDI发动机与涡轮增压器匹配性能

涡轮增压系统决定了发动机的进气能力,严重影响整机燃烧性能。为优化汽油缸内直喷（GDI）发动机的热效率,利用GT-Power软件搭建了一维仿真计算模型,并基于试验数据完成模型标定。通过热力学仿真计算,分析了不同增压系统对发动机动力性、经济性的影响。研究结果表明：采用定压增压结构,能减少泵气损失,提高发动机在高速工况时的热效率。但其低速性能较差,不满足车用发动机对低速转矩特性的要求。采用脉冲增压结构能有效改善发动机扫气,低速时压气机喘振裕度大。为解决脉冲增压结构高速工况涡端效率较低的问题,扩宽了涡前流道并使用大流量涡轮机方案,使泵气损失明显减少,最大功率点比油耗降低了11.7 g/kWh。证明该措施有效提高了汽油机性能,满足开发需求。     

492QS汽油机射流燃烧室内的气体运动

通过理论计算研究了４９２ＱＳ汽油机射流孔对射流燃烧室内气体运动的影响。结果表明，射流孔可使空气－燃料混合气和燃气产生高的流速，使紊流加强、燃烧速率提高、发动机性能改善。     

基于FEM及KIVA的内燃机耦合部件传热建模

为了更为准确地对内燃机耦合部件三维燃烧过程进行模拟,开发了一种内燃机燃烧室耦合部件三维传热有限元法（FEM）计算程序.建立了内燃机气-固传热模型;通过将该模型应用于KIVA程序,可获取用于有限元计算的燃烧室壁面的三维瞬态燃气温度分布及对流换热系数分布.以汽油机LJ377MV为例,计算了内燃机耦合部件的稳态温度场及瞬态温度场,结果表明：壁面附近瞬态温度边界条件的不均匀性对内燃机耦合部件稳态温度分布及瞬态温度波动有着重要影响.     

不同比例甲醇汽油掺烧性能试验研究

对M10、M15、M50甲醇汽油以及93#汽油在GW491QE发动机上进行发动机性能台架试验研究。扭矩始终保持在60N·m,转速从1 000r/min增加到3 000r/min,记录相应数据,分别绘制动力性、经济性和排放性能曲线,对比分析,探讨影响GW491QE发动机性能的因素,选出能在GW491QE发动机上实际应用的合适掺烧比例甲醇汽油。试验结果表明:在中低转速时,3种甲醇汽油的功率与93#汽油基本相同,即动力性与93#汽油大致保持一致;燃油经济性降低大约6%~10%;3种甲醇汽油的HC和CO排放均降低,M15改善最为明显;NOx排放有所降低。综合考虑GW491QE发动机的动力性、经济性和排放性能,M15甲醇汽油为较好的实际应用比例。     

电喷汽油机燃用大比例含水乙醇汽油的试验

在一台JL368Q双燃料多点电喷发动机上进行台架试验,对比分析了3种含水乙醇汽油(E15W、E30W、E50W)的动力性、经济性和排放特性.结果表明:在汽油机结构及参数未做任何调整下,低速时,含水乙醇汽油的转距、功率和93#汽油基本相当,随着转速增大,E15W、E50W略低于93#汽油,E30W仍和汽油基本相当;油耗率E15W比汽油低大约0.35%,随着含醇量的增大,油耗率逐渐升高;3种乙醇汽油的NOx排放均略高于93#汽油,但CO的排放都低于93#汽油,E30W的CO排放在整个测试区间最优.随着含醇量的增加,HC排放能得到不断的改善.