进气状态对自然吸气汽油发动机性能的影响

摘要

对于自然吸气发动机而言，进气系统对发动机有着重要的影响，进气歧管及进气道作为进气系统主要的组成部分，其与发动机的匹配合理与否，直接影响着发动机的动力性及经济性等方面。因此对发动机匹配合理的进气歧管及良好的进气道成为自然吸气发动机开发中的一项重要工作。本文在现生产的某款自然吸气发动机的基础上，匹配合理的进气歧管并对进气道提出优化方案，从而来提高发动机的性能。
　　本文在充分研究国内外相关文献的基础上，结合本文所研究的发动机的基本情况，提出了改善发动机性能的主要方向为匹配合理的进气歧管及采用改良的进气道方案，前者匹配长度利用动态效应提高发动机扭矩，后者改进形状尽量降低流动阻力。进气歧管匹配采用发动杌性能分析软件GT-POWER进行模拟分析，通过对不同长度的进气歧管进行计算，最后选择出适合项目开发的长短两种状态的进气歧管。进气道优化方面，采用FIRE软件对CATIA建立的3D进气道数模进行分析，并对其流量系数进行对比，选择出比原始方案好的方案进行开发。利用现有缸盖铸造磨具，对进气道砂芯模型进行修改，铸造出优化后的缸盖方案，在节省开发成本的同时也缩短了开发周期。
　　在气道性能测试方面，本文对气道稳流试验台的测试进行了介绍，将优化前后的缸盖进气道流量系数进行测试，并对测试结果进行对比，结果显示优化后的方案在气门大升程开度的情况下流量系数有所提高。
　　最后，在发动机试验台架上对相关方案的发动机进行测试。通过对不同长度的进气歧管进行匹配，选择出适合不同发动机转速的可变进气歧管长度方案。通过与原始发动机的性能进行对比可以看出，可变进气歧管方案与优化后的进气道同时匹配的发动机获得了很好的效果。
　　本文采用软件模拟计算的方法对进气歧管及进气道进行研究，并通过试验的方法对模拟计算结果进行验证，通过此流程，为相关发动机开发提供一种设计开发思路。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究发动机进气状态的目的和意义

1．2 自然吸气发动机进气系统的发展状况

1．2．1 发动机进气道的发展状况

1．2．2 发动机进气歧管的发展状况

1．3 可变进气歧管及进气道研究在开发中的应用情况

1．3．1 国外关于可变进气歧管及进气道的研究现状

1．3．2 国内关于可变进气歧管及进气道的研究现状

1．4 本文课题来源及设计和研究的内容

第2章 发动机进气歧管布置研究及模拟分析

2．1 进气歧管中波动效应

2．2 发动机燃烧模型

2．2．1 热力学第一定律

2．2．2 燃烧基本方程

2．2．3 燃烧放热率的计算

2．2．4 扩散放热率的计算

2．3 进气歧管设计开发

2．3．1 发动机基本参数

2．3．2 软件介绍

2．3．3 模型搭建

2．3．4 模型校准

2．3．5 进气歧管长度对发动机性能的影响

2．3．6 进气歧管管径对发动机性能的影响

2．4 发动机匹配可变进气歧管性能模拟仿真

2．5 本章小结

第3章 发动机进气道方案设计及模拟分析

3．1 缸内气流分类及其对发动机性能的影响

3．1．1 缸内气流类别

3．1．2 气体流动对汽油机性能的影响

3．2 进气道的设计开发

3．2．1 进气道方案的设计流程

3．2．2 原始进气道的方案布置

3．2．3 更改后的进气道的方案设计

3．2．4 三维数模的建立

3．3 气体流动数学模型及计算方法

3．3．1 气体流动控制方程

3．3．2 气体控制方程的离散方法

3．3．3 气体流动控制方程的求解方法

3．3．4 湍流模型

3．3．5 壁面函数

3．4 进气道模拟分析

3．4．1 软件介绍

3．4．2 模型准备以及前处理

3．4．3 边界条件设定

3．5 结果后处理及评价

3．5．1 稳态CFD进气道数值评价方法

3．5．2 进气道仿真计算结果

3．6 缸盖制作及加工

3．6．1 进气道模具的修整

3．6．2 不同进气道方案缸盖生产

3．7 本章小结

第4章 进气道性能测试

4．1 试验方法

4．1．1 等压差法

4．1．2 模拟气缸轴向流速法

4．1．3 等流量法

4．2 进气道流量系数测试设备

4．3 进气道流量系数测试数据

4．4 进气道流量系数数据处理及分析

4．4．1 孔板流量计压差数据的处理

4．4．2 进气道方案对比

4．5 气道试验测试结果与仿真结果对比分析

4．6 本章小结

第5章 发动机台架测试

5．1 发动机基本参数

5．2 试验环境

5．2．1 试验台架设备

5．2．2 试验边界条件

5．3 原始发动机性能测试

5．4 发动机匹配可变进气歧管性能测试

5．5 发动机匹配优化后的进气道性能测试

5．6 本章小结

第6章 总结

参考文献

致谢