可变气门升程与正时对直喷汽油机缸内流动特性的影响

利用CFD三维数值模拟软件模拟了1台缸内直喷汽油机的进气及压缩过程,分析比较了不同最大气门升程及进气正时下缸内流场的变化规律。结果表明:减小最大气门升程可以使进气行程中缸内气体的速度及湍动能显著增加,但在压缩末期的滚流比要略小;在小气门升程下,进气门早开或者晚开都会使得进气过程的湍动能显著增加,在距上止点5mm,10 mm,15 mm的3个横截面上,早开和晚开进气门会使最大平均湍动能分别增加28.29%和43.47%,20.7%和40.81%,23.07%和49.58%,但在压缩后期间,进气门早开或者晚开时对缸内的平均湍动能影响不大;在小气门升程下,进气门的开启时间对压缩末期湍动能的分布有较大的影响,早开或者晚开进气门会使缸内的湍动能趋于一致。     

电液驱动可变气门机构性能试验及应用

基于电液驱动可变气门机构,设计了负气门重叠配气策略,并研究了其对汽油压缩着火(GCI)燃烧性能的影响。通过研究电磁阀输入信号对气门正时的影响,发现气门正时随电磁阀输入信号线性变化,在此基础上设计了负气门重叠控制策略。进一步地,在发动机着火状态下,验证气门升程曲线的可重复性,结果表明排气门升程波动比进气门略大,其最大波动幅值为0.2 mm,最大标准差为0.056 mm,重复性较好,满足使用要求。同时,随着气门开启持续期的减小,气门升程出现小幅降低。在上述基础上,研究了进、排气门正时对GCI燃烧性能的影响,其中排气门关闭时刻对内部EGR率的改变影响较大,对GCI燃烧性能的影响占主导作用。     

减压气门运行参数对燃烧制动的性能影响

利用GT-POWER软件建立某型号天然气发动机模型,研究减压气门的运行参数(减压气门相位、气门升程以及气门包角)在单因素和多因素条件下对发动机燃烧制动性能的影响。结果表明,点火时刻为上止点前130°时,在上止点前40°前燃烧基本结束;随着气门包角的增加,制动扭矩不断增加;减压气门升程越大,制动扭矩峰值越大,但是减压气门的最大升程受压缩间隙的限制。     

VVL耦合喷油策略对GDI汽油机混合气形成的影响

利用三维仿真软件Ansys Fluent建立了GDI汽油机的仿真计算模型,就变气门升程耦合不同喷油策略对缸内气流运动和混合气形成的影响进行了模拟计算。结果表明,与大气门升程工况相比,小气门升程工况的缸内湍流运动强度、燃油蒸发和湿壁情况以及点火时刻混合气质量都明显改善;在小气门升程工况,采用两段喷油会缩短油气混合时间,过度推迟二次喷油时刻会恶化混合气质量和燃油湿壁情况;在大气门升程工况,两段喷油会改善混合气均匀性,随着二次喷油时刻推迟,燃油蒸发量增加,湿壁情况加剧,混合气质量得到改善;小气门升程工况下采用二次喷油时刻为470°曲轴转角,前后两次喷油量比例为7∶3的两段喷油方案在燃油蒸发和湿壁以及点火时刻缸内混合气质量这几个方面的效果都很好,是最合理的方案。     

点燃式发动机火花塞附近湍流运动规律的研究

在一台倒拖发动机上,用热线风速仪测定了火花塞附近的气流运动情况,分析了发动机转速、节气门开度和气门升程对湍流参数的影响。结果表明,在压缩中后期,火花塞跳火间隙处气流的平均速度、湍流强度与转速成正比。对于结构一定的发动机,在压缩后期,湍流标尺只与转速有关。在一定范围内减小气门升程,湍流标尺减小。     

广本新雅阁发动机的i-VTEC系统(上)

广本新雅阁(2.4L)的i-VTEC系统是VTEC VTC组成的高智能化气门正时和气门升程电子控制装置,结构框架图如图1所示。VTEC系统可以控制发动机在低转速区域和高转速区域时的气门正时和气门升程;VTC系统能根据发动机负荷对气门相位进行连续控制(可变凸轮相位)。所谓i-VTEC系统就是融合了上述两项技术的新系统。通过VTEC对气门升程,VTC对气门重叠(进气门和排气门同时开启的状态)进行周密的智能化控制,从而使大功率、低油耗和低排放这三个具有不同要求的特性都同时得到提高。其排放达到了欧-Ⅲ标准。     

凸轮驱动式液压可变气门机构设计及运动特性

降低汽油机部分负荷泵气损失需要灵活的可变气门机构,凸轮驱动式液压可变气门具有较好的应用前景,但依然面临压力波动和气门落座速度难以控制等问题。本文中通过调节节流阀开度使0～4 800 r·min~(-1)的气门升程在0～8.2 mm范围内连续可变,仿真探究了活塞直径对压力波动和节流孔径对气门落座速度的影响,并据此确定了活塞直径和节流孔径,试验研究了液压油温度对气门运动特性和气门落座速度的影响规律。研究发现:适当增大活塞直径能降低系统工作压力并减小压缩波峰值,有利于降低压力波动,最终选取挺柱和气门活塞直径分别为17和14.5 mm,小于1.6 mm的节流孔径可使4 000 r·min~(-1)时的气门落座速度小于0.5 m·s~(-1)。转速不变,气门最大升程随节流阀开度的增大而逐渐降低;相同节流阀开度,转速越高气门最大升程越大,节流阀开度越大,不同转速时的最大升程差异也更大。节流阀全关,液压油温度对升程的影响很小;相同节流阀开度,随液压油温度升高,气门腔压力和气门最大升程逐渐降低。气门落座速度对液压油温度不敏感,不同温度的气门落座速度方差仅为4.9%。     

排气道EGR策略下CAI燃烧缸内工质混合状态的模拟研究

利用三维设计软件Catia以及三维流体计算软件Fire建立了CAI发动机模型,着重研究了排气道EGR策略下压缩行程缸内工质的混合状态。结果表明,在压缩行程初期缸内工质呈如下混合状态:混合工质处于弱流动阶段,速度场分布均匀;缸内混合工质湍流动能小;缸内汽油浓度场分布不均,进气门一侧浓度大,排气门一侧浓度小;缸内工质的温度场与浓度场分布相反,进气门一侧缸内温度低,排气门一侧缸内温度高。随着活塞的上行,缸内混合工质流速和湍流动能先增大后减小,混合工质的浓度场和温度场越来越均匀。     

连续可变升程气门机构的试验研究

在专用试验台上测试了机械式连续可变升程气门机构(CVVL)运动特性,测量了多个凸轮轴转速下进气门的升程、加速度和凸轮轴转矩等随偏心控制轴转角的关系.试验结果显示,最大气门升程和加速度、凸轮轴平均转矩和进气门开启持续期均随控制轴转角增加而增大;凸轮轴平均转矩随凸轮轴转速的增加而逐渐减小,驱动凸轮轴损耗的功小.改变控制轴转角可以使气门最大升程在9.7mm以下连续调节.     

火花辅助点火均质充气压缩着火的瞬态控制技术

近几年,随着人们对减少CO_2和其他温室气体排放的技术需求逐渐增加,汽油均质充气压缩着火(HCCI)燃烧方式已获得认可,该技术依靠稀薄燃烧实现低氮氧化物排放和高热效率。然而,汽油机HCCI对缸内温度变化的耐受度很低,因此,在瞬态工况下运行时易发生爆燃和失火。用1台四冲程自然吸气汽油直喷发动机验证了HCCI的瞬态控制,该发动采用可变气门正时和升程的电子控制系统,来优化HCCI的进排气。介绍了引入外部废气再循环的化学计量火花点燃与HCCI着火的切换控制,以及在HCCI运行范围内发动机负荷和转速的变化。     

甲醇发动机缸内EGR分层的研究

针对一台具有螺旋进气道的点火式甲醇发动机,采用进气道加装EGR管的方式实现了EGR和新鲜充量的分开引入。应用CFD仿真软件Fire模拟了不同EGR通入时间、不同燃烧室凹坑形状等对EGR分层的影响。结果显示,加装EGR管能够实现EGR的分层,EGR的通入时长和燃烧室凹坑形状都对EGR的分层产生影响。当燃烧室凹坑形状为浅圆柱型、新鲜充量的通入压力为100kPa、EGR通入压力为160kPa时,在300°BTDC(压缩上止点前)停止通入,能够形成火花塞周围EGR浓度低、越远离燃烧室顶部EGR浓度越高的EGR分层结构。同时,在保证EGR率和燃油消耗量相同条件下,通过改变点火提前角,分析分层EGR和均质EGR对甲醇发动机缸内燃烧的影响。分层EGR能有效地提高缸压峰值、缩短燃烧滞燃期、提前燃烧始点,有利于发动机缸内燃烧的改善。     

A study on the formation of vertical vortex in the cylinder of an I.C. engine using CFD: Effect of intake valve closing timing

Air flows in the intake ports and cylinders of a four-valve gasoline engine were numerically analyzed by means of an original CFD code named “GTT”. In this code, the k-ε turbulence model was used and the Chakravarthy-Osher 3rd order TVD scheme was applied to the convection terms in all the governing differential equations. The validity of the code was confirmed by comparing the calculated results of the mean velocity and turbulence intensity with the measured ones by means of LDV. Using the present code, the effect of the intake valve closing timing on the formation of vertical vortex in the cylinder of a four-valve engine was investigated. It was found that the turbulence energy in the combustion chamber near compression TDC can be increased by the retardation of intake valve closing timing in the case of intense vertical vortex, because the vertical vortex is intensified by the back flow from the cylinder to the intake ports.     

车用乙醇汽油对发动机进气系统沉积物的影响

通过12 000km道路行车试验及M111发动机台架试验,对比研究乙醇汽油与普通无铅汽油对发动机进气系统沉积物的影响;同时,在M111发动机实验台架上,还对加入清净剂后的乙醇汽油与普通无铅汽油进行了进气阀沉积物与总燃烧室沉积物的实验研究。结果显示:乙醇汽油进气系统沉积物较为严重,应加入有效的汽油清净剂。     

进气道对增压汽油机流动特性及性能的影响

基于某款增压发动机,通过C FD软件对不同进气道的进气组织及燃烧过程进行模拟计算,并分析了气道对发动机着火特性和燃烧参数的影响。研究结果表明：减小气道拐角半径 R或进气门直径,均可提高发动机滚流比和湍流强度;火花塞处较低的湍动能强度不利于火焰中心的形成;湍动能较强区域位于燃烧室中间区域更有利于点火之后火焰向四周迅速传播,优化了发动机的燃烧过程。     

Effects of swirl and tumble motion on fuel vapor behavior and mixture stratification in lean burn engine

Flow measurements using LDV and in-cylinder fuel vapor visualization using LIF (Laser Induced Fluorescence) were performed for various types of intake systems that generated several different combinations of swirl ratio and tumble ratio in the cylinder. The measured results indicate that there is a necessary condition for swirl ratio and tumble ratio to realize the charge stratification in the cylinder. Performance tests were also carried out to determine the combustion characteristics of each intake system. The features of combustion when the charge stratification was realized were analyzed.     

车用汽油机可变气门定时技术作用机理及应用策略

在分析调节配气定时参数降低燃油消耗及减少排放机理的基础上,对比了进气门定时单独连续可变,排气门定时单独连续可变,进排气门定时联动连续可变及进排气门定时独立连续可变4种可变气门定时技术对汽油机性能的影响,并给出了其在汽油机上的应用策略.最后,使用这种策略对配有进排气门定时独立连续可变技术的汽油机进行了气门定时优化试验,并...     

Effect of intake valve swirl on fuel-gas mixing and subsequent combustion in a CAI engine

A fully three-dimensional model was used to investigate the optimal value for intake valve lift in a CAI engine. Uniform mixing in the engine is a key parameter that affects the auto-ignition reliability and thermal efficiency. The method of intake of the air supply often determines the uniformity (or quality) of the fuel-air mixture. In this paper, four strategies were applied for controlling the swirl intensity of intake air. The variation of the intake valve lift induces different swirling and tumbling intensities. Both experimental data and 1D WAVE software (Ricardo, Co.) were coupled with the 3D model to provide pressure and temperature boundary conditions. The initial condition of the EGR mass fraction was also provided by the 1D model. The benchmark scenario (Case 1) was considered as a valve lift with 2 mm for all intake valves. We found that an intake valve lift of 6 mm with the other intake valve closed (i.e., Case 5) yielded the largest swirling (helical motion in the axial direction) and tumbling, which in turn rendered optimal fuel-gas mixing. We also found that fuel distribution affected the auto-ignition sites (or spot). The better the mixing, the greater the gas temperature and combustion efficiency achieved, as seen in Case 5. The NOx level, however, was increased due to the gas temperature. The optimal operating condition is selected from the viewpoints of environmental protection and combustion efficiency.     

基于液压驱动气门的柴油机性能优化研究

在某柴油机上将传统凸轮驱动气门机构改进设计为液压驱动气门机构,利用仿真软件GT-Power建立液压驱动气门柴油机模型,分析进气滞后角、排气提前角和气门重叠角对柴油机动力性的影响,然后以扭矩最大为目标对配气正时进行联合仿真优化,最后对比两种内部EGR实现方法在不同负荷下的EGR率和对NOx排放量的改善效果。研究结果表明,在外特性下,液压驱动气门柴油机在中低转速时的动力性和经济性有了明显改善,扭矩比原机提高了5.6%,燃油消耗率降低了5.1%;但由于液压气门响应滞后,随着转速的升高,改善效果逐渐降低。在转速2 000r/min时,排气门晚关比排气门早关可以获得更大的EGR率,NOx排放量降幅也比排气门早关的大,在50%负荷时,NOx排放量降幅最大为23.8%。