现代缸内直喷式汽油机(十一)

(接2010年第11期)(二)丰田涡流-壁面导向分层燃烧直喷式汽油机1.前言继1996年三菱汽车公司推出世界上第一款4G93型GDI现代缸内直喷式汽油机后,日本丰田公司紧接着也推出了一款2.0L双顶置凸轮轴四气门直喷式汽油机。这种新型的直喷式汽油机采用了多项新技术,例如:采用涡流控制阀调节进气涡流强度的螺旋进气道、活塞顶具有渐开线形状的燃烧室凹坑以及采用先进的电子节气门的发动机管理系统等。     

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。     

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。     

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。     

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。     

2017年保时捷718 Boxster DME电控系统结构与组成(三)

正总的来说,中央喷油器距活塞顶的距离更平均,且更远,这有助于改善混合气形成,如图31所示。滚流进气口:汽缸盖中的进气口和燃烧室经过进一步改进,以便加快活塞顶上部的充气运动。此处采用的充气运动类型会在进气过程中产生空气涡流,该空气涡流会在汽缸中沿曲轴轴线平行旋转。此类充气运动称作滚流。(2)DFI喷射策略根据运行条件,系统会选择以下     

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     

进气涡流对柴油机传热和燃烧的影响

本文介绍改变进气涡流，分别用快速响应蒲膜式热电偶实测柴油机缸盖壁面3个典型位置的瞬态温度，用压电晶体传感器测量缸内压力。在实测基础上，根据沿竖壁一维导热模型和热力学定律，分别计算了不同进气涡流比时缸盖壁面的局部瞬态传热率和燃烧放热参数，同时进行了详细分析。研究得到了进气涡流对局部位置瞬态传热影响的基本规律，并表明有一个中等进气涡流比对燃烧最为有利。     

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。     

气道稳流试验的变压差试验分析

用变压差试验方法测量了6108发动机缸盖进气道的流动特性。试验全过程不需要随时调节模拟气缸内的压差为恒定值。确定气门最大升程时模拟气缸内的初始压差后，就可采集试验中的流量和涡流转速等参数。随着气门升程变小，模拟缸内的压差自由增大。试验结果与恒压差试验相同，同样可以得到Ricardo和FEV计算方法的平均流量系数和涡流比。测量精度符合要求，操作程序简单可靠，易于实现气道稳流试验的全自动化。     

边界条件对柴油机瞬态过程能量流及?流的影响规律研究

在一台高压共轨增压中冷柴油机上,分析了负荷加载时间、冷却系统温度等边界条件对典型恒转速增转矩瞬变过程能量流及?流的影响规律。结果表明,柴油机负荷加载过程热效率和?效率总体呈现先上升后下降的趋势,且加载时间越短,进气迟滞引起的能量劣变会导致更低的能量利用率;改变中冷器冷却特性,提高加载过程进气温度将导致缸内扩散燃烧份额增加、传热时间更长,而冷却液温度降低则不利于改善瞬态工况缸内等效绝热特征,导致传热和排气过程能量损失及其中的可用能份额增大;调制负荷加载时间和冷却系统温度有助于改善柴油机加载过程进气响应特性、缸内热氛围状态和绝热特征,提升柴油机瞬态工况能量利用水平。     

基于模拟计算的GDI发动机燃烧室优化设计

利用AVL Fire软件,对一款高压缩比直喷汽油机的缸内流动及喷雾过程进行了数值模拟,研究了不同燃烧室设计方案对缸内流动过程的影响。结合滚流、旋流、湍动能、缸内当量比分布等8项评价指标,分析了不同方案对混合气形成的改善效果。通过分析计算结果,并引入优化率对燃烧室设计进行评估,评估结果表明,最优方案在高转速工况和低转速工况的优化率分别达到了25.3%和23.4%,发动机缸内混合气的形成过程得到了明显的改善。     

滚流对火花点火式发动机性能的影响

火花点火发动机气缸内空气运动的滚流与涡流一样，都可以增加燃烧室中的湍流强度，提高火焰传播速度和燃烧速率，从而改善燃烧过程，提高发动机的动力性能。本文详细介绍了滚流形成机理和影响滚流的气道参数。对2气门TJ376Q发动机的试验结果表明：新进气道的设计提高了缸内空气运动的滚流强度和流量系数，通过进气系统的优化，可以增加发动机最大转矩和最大功率输出，试验在电控燃油喷射下精确控制燃油，降低了最低燃油消耗率。     

电机驱动模式下汽油机快速起动首循环初探

针对起动—停止技术的应用,采用了1台高速电机拖动Jetta1.6 L发动机,进行热机起动试验。分析了不同喷油量和不同拖动转速对起动时首循环燃烧情况的影响。结果表明,在其他边界条件不变时,随着起动初期喷油量的提高,缸内燃烧会显著改善;随着拖动转速的提高,滞燃期有所增大,缸内最高燃烧压力有所下降。对于本发动机,最佳喷油脉宽为11 ms,最佳拖动转速为600 r/min。     

基于LIVC和双VVT技术的增压直喷汽油机抑制爆震试验研究

在1台涡轮增压缸内直喷汽油机上,利用双可变气门正时(双VVT)技术结合进气门晚关凸轮轴(LIVC凸轮轴)来抑制爆震。在实现爆震抑制策略后,采用更高的几何压缩比来进一步提高热效率,改善发动机的燃油经济性。试验结果表明,在1 300r/min,200N.m这一典型的爆震工况点,通过减小气门重叠角,降低发动机扫气量,可以有效提高燃油经济性。推迟进气门和排气门相位均可以实现对爆震的抑制,结合使用LIVC凸轮,使得发动机抗爆震性能进一步大幅度提升。在原机9.3的压缩比下,点火角得以提前,接近最大扭矩点火角(MBT点)。将几何压缩比由9.3提高到了10.9后,抗爆震性能和原机相当,并明显改善了发动机的热效率,从而进一步改善了燃油经济性。     

缸内直喷汽油机多孔喷油器喷雾特性试验研究

为了研究缸内直喷汽油机多孔喷油器的喷雾特性,建立了定容喷雾试验装置,对不同环境压力和不同喷油压力条件下的自由喷雾和碰壁喷雾过程进行了拍摄,分析了壁面距离和壁面倾角对喷雾特性的影响。研究发现:多孔喷油器与传统的旋流式喷油器的喷雾特性存在较大差异。多孔喷油器的喷雾锥角受环境压力影响较小;随着环境背压的增大,贯穿距离和喷雾锥角呈现先增大后减小的特点;喷雾锥角随着喷射压力的提高略有增加。在碰壁喷雾发展过程中,不同环境压力下喷雾油束与壁面接触面积接近;随着壁面距离的增加,碰壁喷雾高度递减,碰壁后的喷雾高度存在波动;随着壁面倾角的增大,碰壁喷雾高度和增大。在壁面倾角的增大过程中,影响碰壁喷雾半径的因素较多,呈现出较复杂的变化规律。以上研究为多孔喷油器的设计及其与燃烧室的匹配提供了理论依据。     

燃烧室形状对直喷式柴油机燃烧过程影响的仿真研究

利用CFD模拟软件Fire模拟研究了柴油机不同径深比的缩口形燃烧室对缸内混合气形成、燃烧过程和排放物形成的影响。研究结果表明:三维仿真模拟缸内压力和放热率曲线与试验值基本一致;SF5型燃烧室喷雾贯穿距长,喷雾碰壁早,燃油蒸气反弹使得喷雾分布不均匀,局部出现缺氧,炭烟排放较高;SF5型燃烧室缸内混合气混合良好,燃烧完全,缸内温度较高,NOx生成量大,可以采取推迟喷油的方式降低缸内燃烧温度,从而降低NOx排放。     

环境对大功率柴油机缸内喷雾、燃烧与传热的影响

采用准维多区数值仿真和环境模拟试验的方法,研究了不同海拔环境对某大功率柴油机缸内喷雾、燃烧和传热的影响。结果表明:在高原环境下,油核破裂滞后期比平原最大延长9.1°曲轴转角,油滴分裂长度增加29%以上,贯穿度明显增加,一次雾化后,SMD直径显著增加;海拔4 500m,瞬时放热率峰值降低18.4%,放热率重心后移近4°,最高燃烧压力降低18.8%,位置滞后0.6°;缸内对流换热和辐射换热都比平原明显增强。研究结果为探明特殊环境下柴油机性能劣化与故障机理提供了理论参考。