可变涡流进气系统及其对柴油机性能和排放的影响

研制具有控制涡流副气道的可变涡流进气系统,是用于研究如何控制进气流入气缸的角动量,同时研究这种可变涡流进气系统对直喷式柴油机性能及排放量的影响。 较低的涡流可以减少初始阶段的燃烧量(在整个发动机转速和负荷范围内,这一阶段燃烧,是与NOx徘放量,最大气缸压力和缸内压力升高率有关的)。因此,在高速或部分负荷时,低涡流可提高燃料消耗率并降低NOx排放量。 带有这种可变涡流进气系统的涡轮增压中冷发动机,根据发动机的不同情况,选择最佳涡流强度,可以得到较高的低速扭矩、较高的功率和较好的冷起动性能。     

双进气道柴油机丝线法可视化稳流测试及缸内气流运动特性分析

搭建基于丝线法的发动机可视化气道稳流实验台,对气缸内近壁面流场进行可视化研究,同时利用CFD对气缸内近壁面气流运动进行了数值模拟,并将实验结果与模拟结果进行相互验证。结果表明:在稳流条件下,气缸壁面的丝线运动可直观体现缸内近壁面气流运动情况。气缸近壁面丝线运动方向受到螺旋气道产生的涡流作用,使丝线运动方向与涡流方向一致。切向气道侧近壁面流场在切向气道内气流和涡流运动的共同作用下,其气流速度最大,相应地此处的丝线摆动角度也最大。气门升程为8和12 mm时,丝线摆动角度分别为110°和90°。缸内瞬态流场存在涡流和滚流运动,但很快合并成单一的涡流运动。     

缸内直喷式汽油机工作原理（二）

3缸内直喷式汽油机的工作原理 缸内直喷式汽油机的工作原理如图9所示。（1）气缸内涡流的运动。在进气过程中，通过直立式进气管，在气缸吸力的作用下，产生强大的下降气流，使充气效率得到提高。又在顶面弯曲活塞的作用下，形成比传统汽油机更强大的滚动涡流。这个滚动涡流，将压缩后期喷射出的旋转油雾，带到燃烧室中央的火花塞附近，然后及时点火燃烧。     

柴油机进气流动的数值模拟

利用CFD软件对载重车用4气门6缸直喷水冷柴油机进气系统进行三维气体流动数值模拟计算,模拟结果给出了气道及气缸内三维流场的分布。从流场切面图可看出,切向气道和螺旋气道的气流之间存在着相互作用,这种作用有利于形成较大的进气湍流;在进气结束时,发现除了涡流以外还存在纵向的涡,在随后的压缩行程中,这些涡在高速转动的同时能量不断耗散,并将能量传递给周围流场,诱导出一个反方向的纵涡;最后给出了TKE(湍流动能)随曲轴转角的变化图。     

改变缸内涡流降低车用柴油机NOx和微粒排放

用喷气式可变涡流进气系统改变车用柴油机气缸内的涡流水平，研究了涡流对柴油机微粒（PI）和NOx排放的影响。结果表明，适度降低低速小负荷工况的涡流水平，在对PT排放影响不大的情况下，可以有效降低NOx的排放量；低速大负荷工况，适度提高气缸内的涡流水平，在不至于过在提高NOx排放的情况下，可以有效降低PT排放量，中速工况涡流水平的变化对PT排放量影响不大，而降低中速小负荷工况气缸内的涡流水平，可以有效降低NOx的排放量。降低高速工况气缸内的涡流水平，可以同时降低PT和NOx的排放量。     

双通道蜗壳径流涡轮的设计与流动机理研究

低负荷下的扭矩对于小型发动机十分重要,其决定了汽车的驾驶性能。配有双通道蜗壳的涡轮已被证实在瞬态性能和气缸扫气方面具有极大优势。本研究通过数值方法,比较了不同部分进气条件下双通道径流涡轮的性能。设计了一个双通道径流涡轮,以达到某国外混流涡轮(带有可变喷嘴的涡轮A)的流通能力。借助软件ANSYS-CFX,采用稳态数值模拟方法来实现全部进气和部分进气条件下涡轮的性能预测。基于不同进气条件(叶根进气HI和叶尖进气SI)的性能比较结果进行流动机理分析。结果显示SI比HI具有更好的性能,且传递到叶轮的流动在通道内产生了完全不同的涡流结构。对于HI进气,产生于叶轮叶根处的涡流逐渐迁移到叶尖区域,而SI进气正好相反,这即是HI进气较SI进气具有更高流动损失和更差性能的原因。     

螺旋气门的结构优化及对无节气门汽油机燃烧性能的影响

由于进气方式的改变,气道喷射式无节气门汽油机中小负荷时泵气损失显著降低,但燃烧性能却明显恶化。为改善其燃烧性能,本文中设计了一种在进气过程中能产生较强进气涡流的螺旋气门,并使用仿真软件STAR-CCM+对螺旋气门的主要结构参数进行了优化。在稳流气道试验台上测量其进气涡流比和流量系数,证明该螺旋气门在开启升程较小时能产生强烈的进气涡流,对改善无节气门汽油机在中小负荷时的缸内进气流动状态和油气混合十分有利。将该螺旋气门安装在一台装载有全可变液压气门机构的无节气门汽油机上,试验结果表明:螺旋气门产生的进气涡流显著提高了无节气门汽油机中小负荷工况下燃烧速率、降低了循环波动,使燃油经济性能得到明显改善。     

三叶片节气门进气系统的 CFD 计算和分析

以一款新型三叶片式节气门为主要研究对象，通过发动机台架试验，获得发动机稳态工况下进气歧管三维C FD计算的边界条件，选取不同转速、不同负荷率的12个有代表性的工况点，建立配置传统的单叶片节气门和三叶片节气门的进气歧管网格模型，并进行C FD计算和流场分析。结果表明：发动机处于中、高负荷时，由三叶片节气门产生的进气涡流比单叶片节气门大，且优势随节气门开度的增加而更加明显，但在低转速、小负荷的工况下，配置三叶片节气门的进气歧管内的涡流强度小于单叶片节气门。     

直喷式柴油机进气道稳流试验台参数的测定

测量模拟气缸内的涡流转速有叶片风速仪和动量计2种方法。利用2气门6110柴油机进气道石膏芯盒进行了试验研究。在使用叶片式风速仪测量模拟气缸内的涡流转速时,分析叶片形状、安置位置可能带来的影响;在一般使用的“定压差法”稳流试验中,从气体流动满足完全发展湍流状态的理论出发,分析了确定模拟气缸内压差值的估算公式。     

某商用车发动机进气系统流场分析与优化改进

本课题对某商用车发动机进气系统进行流场分析与优化改进。在发动机进气系统设计中,以其进气道几何模型为基础,借鉴相关机型的气道稳流试验数据,运用计算流体动力学理论(CFD)和有关数值计算方法,对4种不同气门升程下的进气道缸内流场特性进行了计算分析。建立了评价进气道稳流特性的有关计算模型,给出了其进气流量、进气道内气流分布、不同气门升程下缸内流场特性、流量系数和涡流比等参数,为进气道性能优化、评价和再设计提供了方法和依据。并对进气系统模型进行优化,再次进行流场分析后进气系统流量系数得到提高,大幅提高了发动机进气系统的进气效率。     

柴油机可变涡流进气流动的数值模拟研究

为1台2.0L的4气门柴油机设计了可变涡流进气系统,利用三维CFD软件AVL-Fire分别对柴油机的3种气道型式的气体流动进行了数值模拟计算,得出了不同型式进气道的流通特性和涡流特性。提出了两种涡流控制阀方案,在切向和螺旋进气道分别设置旋转阀片进行调节,可以改变涡流比,并经比较研究选出了较优方案。研究结果表明,螺旋进气道在大气门升程下的流通能力优于切向进气道,但小气门升程下切向进气道流通能力较好,且产生涡流能力较强;双进气道由于气流的干涉会导致进气能量的损失,但涡流扭矩有所增加;涡流控制阀能在一定范围内改变进气涡流比,且设置在螺旋气道侧的方案具有更好的变涡流效果,能够保证较好的流通性和较大的涡流比变化范围,满足发动机不同工况对流通性和涡流强度的要求。     

柴油机可调进气涡流系统的研制

以1132Z单缸柴油机为平台,研制了电控可调进气涡流系统,包括可调涡流进气道、可调涡流执行机构和基于ADUC812单片机的电控单元。针对发动机的不同工况实现了进气涡流强度的最佳化控制;试验结果表明,在最大扭矩工况,发动机燃油消耗率和烟度排放明显改善。     

1150G直喷柴油机可调进气涡流试验研究

简述了可调进气涡流的意义及实现方式;针对1150G柴油机采用的双短直气道进行了诱导进气涡流的研究,利用设计的同向、反向双蝶阀诱导涡流方案,开展了非增压和增压条件下的对比试验研究。试验结果表明,可调进气涡流可使发动机全工况下的性能大为改善,在低速低负荷时,在不同功率下燃油消耗率降幅明显,是改善燃油经济性的有效方法。     

气门开启过程对压缩终了缸内涡流运动的影响

首先采用进气道稳流试验和数值模拟方法对两款柴油机进气道的稳态流动进行研究对比,然后利用Converge软件对两款柴油机在标定工况下的进气和压缩过程进行了瞬态数值模拟研究,并对该过程中各个时刻的缸内和燃烧室内涡流运动通过无量纲参数瞬态涡流比来进行分析。结果表明,柴油机实际工作过程中进气道在气门小开度及中等开度下形成涡流的能力对压缩终了时燃烧室内的涡流强弱有很大影响。现有的稳态评价方法不足以体现这一特征,稳态评价方法有待改进。     

可变涡流控制直喷式柴油机排放的试验研究

研制了一种向螺旋进气道入口处喷射空气的可变涡流进气系统———控制涡流型可变涡流进气系统 ,试验研究了该系统对直喷式柴油机排放性能的影响。结果表明 ,该系统在不影响进气充量的情况下 ,可以明显改变直喷式柴油机颗粒 (PM)和 NOx 的排放量     

基于DSP的柴油机进气涡流控制系统

基于TMS320F240 DSP开发的进气涡流控制系统,通过对节气门开启角度的自动控制并与切向气道或螺旋气道配合使用来组织有效的进气涡流,同时对进气涡流的强度进行自动控制,有效地改善了发动机的燃烧,从而优化了发动机动力性、经济性等性能指标。系统对节气门开启角度的控制精度较高,具有较强的抗干扰能力。     

进气管结构对天然气发动机性能影响的模拟与试验研究

利用数值模拟与试验研究相结合的方法分析了进气管结构对天然气发动机性能的影响。结果表明,进气过程中人字形进气管气流运动方向产生较大回转,歧管入口处产生较大涡流,导致流动损失增加,且2缸和3缸存在受相邻进气气缸抢气的现象,造成的各缸进气不均匀性可达6.69%,而谐振进气管不仅各缸的充气量高于人字形进气管,而且各缸进气不均匀性只有3%左右,采用谐振进气管时发动机动力性、经济性和排放性能得到明显改善。     

柴油机螺旋进气道三维数值模拟及其结构优化

以计算流体力学(CFD)技术理论为基础,利用三维数值模拟软件AVL-Fire分析新型6160船用柴油机螺旋进气道,得到缸内的流量系数、涡流比以及流场特性云图.通过三维建模软件CATIA将原气道不足之处改进优化,对改进后的螺旋进气道进行稳态和瞬态模拟分析与评价,结果表明:优化后的螺旋气道进气性能提高15%左右,涡流产生能力提高20%左右.